WO2014072600A1 - Photocatalytic process for production of hydrogen and sulphur from hydrogen sulphide - Google Patents

Photocatalytic process for production of hydrogen and sulphur from hydrogen sulphide Download PDF

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WO2014072600A1
WO2014072600A1 PCT/FR2013/052468 FR2013052468W WO2014072600A1 WO 2014072600 A1 WO2014072600 A1 WO 2014072600A1 FR 2013052468 W FR2013052468 W FR 2013052468W WO 2014072600 A1 WO2014072600 A1 WO 2014072600A1
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WO
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hydrogen
sulfur
heat exchanger
exchanger
liquid
Prior art date
Application number
PCT/FR2013/052468
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French (fr)
Inventor
Jerome Majcher
Antoine Fecant
Denis Uzio
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles
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    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/04Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/02Preparation of sulfur; Purification
    • C01B17/04Preparation of sulfur; Purification from gaseous sulfur compounds including gaseous sulfides
    • C01B17/0495Preparation of sulfur; Purification from gaseous sulfur compounds including gaseous sulfides by dissociation of hydrogen sulfide into the elements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/02Preparation of sulfur; Purification
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the field of the invention is that of photocatalysis and more specifically photocatalytic reactions for the production of dihydrogen (H 2 ) from hydrogen sulfide (H 2 S).
  • the present invention relates to a photocatalytic process for producing hydrogen and recovering solid sulfur from hydrogen sulphide.
  • the object of the invention is to provide a method for continuous operation.
  • the process can advantageously be established on an existing refinery in addition to a Claus type process with daytime operation.
  • Hydrogen sulfide is a toxic chemical emitted in large quantities from natural sources and industrial processes. Even in trace amounts, H 2 S has a poisonous effect on the Group VIII metal catalysts used in many industrial processes such as, for example, in the hydrogenation or synthesis of ammonia.
  • H 2 S hydrogen sulfide
  • dihydrogen is a molecule considered as a dense and non-polluting energy carrier, the production of this molecule by photocatalysis could respond to the ever-increasing environmental constraints and the growing global energy needs. Indeed, the dihydrogen can be used, for example, directly as a fuel for internal combustion engines for transport, for the generation of electrical energy in fuel cells or even to provide a supplement of high purity hydrogen for the processes. hydrotreatment and / or hydroconversion processes that consume this gas in existing refineries.
  • the process according to the invention producing hydrogen from H 2 S has many advantages over the new challenges facing the energy sector.
  • the global trend to produce cleaner and therefore less sulphurized fuels leads to increasing H 2 S production.
  • the hydrotreating and hydrocracking units used to meet new specifications and increasing fuel demand have increased their capacity. hydrogen consumption.
  • EP 0,205,199 describes an implementation of this type of process.
  • a Pyrex photocatalytic cell equipped with a stirring system is irradiated with visible radiation.
  • the cell is filled with a NaOH-type base in which a stream of gaseous H 2 S is bubbled in the presence of a dispersed catalyst (from the group ZnO, ZnO-Ru0 2 , ZnS, ZnSe and CuGaS 2 ).
  • a dispersed catalyst from the group ZnO, ZnO-Ru0 2 , ZnS, ZnSe and CuGaS 2 .
  • Different performances expressed in flow rate of H 2 are presented as a function of the photocatalyst used, the H 2 S / NaOH ratio, the NaOH concentration and the wavelength.
  • H 2 S is injected through a first line into the photocatalytic cell while a second line discharges excess H 2 S and H 2 produced.
  • This effluent is reinjected after compression by the first line, the whole being provided with a fresh H 2 S inlet. This implementation therefore works until saturation of the H 2 system , the solid sulfur being deposited at the bottom of the cell. To restart a production cycle, the unit must be stopped.
  • US 6,572,829 discloses an implementation that connects three sections: a dissolution zone of the H 2 S / insulation sulfur, a degassing zone of the H 2 S and a photocatalytic reaction zone.
  • H 2 S bubbles through a liquid base in the first section.
  • the solution containing HS " ions is sent into the degassing zone where excess H 2 S is discharged
  • the solution passes through the photoreactor where a dissociation of gaseous H 2 and S 2 2" ions on catalysts of the CdS group, Pt-CdS, ZnS or ZnFe 2 O 4 is carried out .
  • the latter recycled in the first section in the presence of H 2 S will precipitate in solid sulfur.
  • the bottom of the first section is filled with ceramic filters to isolate the sulfur.
  • the object of the invention is to provide a photocatalytic process for producing hydrogen from H 2 S allowing continuous operation.
  • Another object is to provide a method for replacing or supplementing at least partially the Claus type process in the daytime.
  • Another object of the invention is to provide a method for maintaining the polysulfides in the liquid phase in the photoreactor, to prevent them from being deposited on the photocatalyst. Indeed, the deposition of polysulfides on the photocatalysts leads to inactive photocatalysts.
  • the present invention relates to a photocatalytic process for producing hydrogen and sulfur from H 2 S for continuous operation.
  • the present invention relates to a process for producing hydrogen and sulfur from a gaseous feedstock comprising hydrogen sulfide, comprising the steps of:
  • a gaseous feedstock comprising hydrogen sulfide H 2 S is contacted with a basic aqueous solution and a liquid fraction comprising polysulfides produced in step d) in a contacting zone so as to dissolve at least one a part of hydrogen sulphide H 2 S in ionic form, and so as to cause the precipitation of sulfur by decomposition of polysulfides,
  • step b) a gas / liquid separation of the effluent obtained in step a) is carried out so as to recover a gaseous fraction comprising hydrogen sulphide and a liquid fraction comprising hydrogen sulphide in ionic form,
  • step b) at least a portion of the liquid fraction comprising the hydrogen sulphide in ionic form resulting from step b) is brought into contact with a photocatalyst in the presence of a radiation source emitting at least in a range of lengths of wave greater than 280 nm, to produce a gaseous fraction comprising hydrogen and a liquid fraction comprising polysulfides,
  • step c) a gas / liquid separation of the effluent obtained in step c) is carried out so as to recover a gaseous fraction comprising hydrogen and a liquid fraction comprising polysulfides, the liquid fraction being at least partially recycled to step a),
  • step a) said contacting zone in step a) comprises at least a first and a second heat exchanger, step a) is carried out in the first heat exchanger, and then when the first exchanger of heat is charged with sulfur, the first exchanger is disconnected and step a) is carried out in the second heat exchanger, the first heat exchanger is emptied of its liquid content, a fluid is injected into the first heat exchanger at a temperature above the melting temperature of the sulfur, and the liquid sulfur is removed from the first heat exchanger.
  • a gaseous feedstock comprising hydrogen sulfide H2S is brought into contact with a basic aqueous solution and a liquid fraction comprising polysulfides produced in step d) in a zone of contacting so as to dissolve at least a portion of the hydrogen sulfide H 2 S in ionic form (H 2 S + OH -> HS " + H 2 O), and so as to cause the precipitation of sulfur by decomposition of polysulfide.
  • the gaseous feedstock comprising hydrogen sulfide H 2 S is generally an industrial gaseous effluent from a refinery, such as an effluent from an amine wash or optionally a light hydrocarbon gas feed containing H 2 S.
  • a refinery such as an effluent from an amine wash or optionally a light hydrocarbon gas feed containing H 2 S.
  • the composition of the gas to be treated is on average the following before washing with amines: 1% by mass H 2 , 15% by weight C1, 18% by mass C2, 14% by mass C3, 13% by mass C4, 5% by mass C5 +, 34% by mass H 2 S.
  • the composition is on average 2.5% by weight H 2 0 and 97.5% by weight H 2 S.
  • the feedstock comprising hydrogen sulphide H 2 S is an effluent from an amine wash.
  • the basic aqueous solution is preferably selected from an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH) or a mixture of both.
  • the contacting according to step a) can be carried out at a temperature between room temperature and 100 ° C.
  • the contacting is generally carried out at a pressure between atmospheric pressure and 3 MPa (30 bar).
  • the contacting is carried out at ambient temperature.
  • the contacting is carried out at atmospheric pressure.
  • step c) When it is desired to valorize the hydrogen produced by photocatalysis in step c) by injection into the refinery network and then to use it in units such as hydrotreatment and / or hydroconversion, it is preferable to use a pressure between 2 MPa and 3 MPa (20 and 30 bar).
  • the pH in step a) is generally between 7 and 9, preferably between 7.6 and 8.5.
  • the addition of hydrogen sulphide as the acid compound lowers the pH of the basic aqueous solution and the recycled liquid fraction and thus makes it possible to dissociate the H 2 S in H + and HS " and to decompose the polysulfides to sulfur.
  • any type of heat exchanger such as a plate heat exchanger or a shell-type heat exchanger can be used.
  • a "shell-and-tube” type heat exchanger (standardized by the TEMA standard) is used which consists of a bundle of tubes arranged inside a shell called a shell.
  • One of the fluids circulates inside the tubes (hot fluid, preferably water vapor) and the other inside the shell (mixture charge / solution basic aqueous / liquid fraction containing the polysulfides), around the tubes.
  • distribution means At each end of the beam are attached distribution means which ensure the circulation of fluid within the beam in one or more passes.
  • the calender is also provided with inlet and outlet pipes for the second fluid (which circulates outside the tubes).
  • the charge containing the hydrogen sulphide and the basic aqueous solution and the liquid fraction containing the polysulphides are injected countercurrently, that is to say that the charge containing the H 2 S is injected into the portion lower the exchanger, while the basic aqueous solution and the liquid fraction containing the polysulfides are injected into the upper part of the exchanger.
  • This improves the gas / liquid contact and consequently the dissolution of the hydrogen sulphide.
  • the method according to the invention allows continuous operation through a contacting zone in step a) comprising at least a first and a second heat exchanger.
  • the first heat exchanger operates alternately with the second heat exchanger.
  • the contacting zone is composed of at least two exchangers arranged in parallel to process the load. These also act as decanters (recovery of sulfur). While one is running, the second is in regeneration and vice versa.
  • said method is characterized in that said contacting zone in step a) comprises at least a first and a second heat exchanger, step a) is carried out in the first heat exchanger, and then when the first heat exchanger is charged with sulfur, the first exchanger is disconnected and step a) is carried out in the second heat exchanger, the first heat exchanger is emptied of its liquid content, a fluid is injected into the first exchanger of heat at a temperature above the melting temperature of the sulfur, and the liquid sulfur is removed from the first heat exchanger.
  • the fluid passes through the heat exchanger in a first circuit, the contacting of step a) being performed in a second circuit, the first circuit being adapted to exchange heat with the second circuit.
  • the contacting of step a) is carried out in an area comprising at least two heat exchangers arranged in parallel, these two exchangers operating alternately, each heat exchanger enclosing a bundle of tubes inside the heat exchanger.
  • a calender a single exchanger being used for contacting step a) which progressively charges with sulfur by recycling the liquid fraction comprising polysulfides, the other exchanger being disconnected during this time, and when the exchanger used for the contacting of step a) is charged with sulfur, the exchangers are exchanged by putting into operation the other exchanger.
  • the exchanger loaded with sulfur is disconnected, emptied of its liquid content and then subjected to an injection of a fluid at a temperature above the melting temperature of the sulfur in the tube bundle of the exchanger so as to melt and to recover sulfur.
  • step b) of the process according to the invention a gas / liquid separation of the effluent obtained in step a) is carried out so as to recover a gaseous fraction comprising hydrogen sulphide and a liquid fraction comprising Hydrogen sulfide in ionic form.
  • This separation makes it possible to evacuate the gaseous fraction comprising undissolved hydrogen sulphide and thus makes it possible to send only a liquid fraction into the photocatalytic stage.
  • This separation is preferably carried out in a gas / liquid separator flask.
  • the gaseous fraction comprising undissolved hydrogen sulfide from the gas / liquid separation is recycled to the exchanger in which the contacting of step a) is carried out.
  • the gaseous fraction comprising undissolved hydrogen sulphide from the gas / liquid separation is preferably recompressed before recycling in the exchanger.
  • step c) of the process according to the invention at least a portion of the liquid fraction comprising hydrogen sulphide in ionic form resulting from step b) is brought into contact with a photocatalyst in the presence of a source of radiation emitting at least in a wavelength range greater than 280 nm, so as to produce a gaseous fraction comprising hydrogen and a liquid fraction comprising polysulphides, and optionally sulphide ions and / or hydrogen sulphide dissolved having not been converted.
  • the liquid fraction sent in the photocatalytic step is less acidic than the charge mixture / basic aqueous solution.
  • the pH in step c) is generally between 10 and 13, preferably between 1, 5 and 12.5. Obtaining a pH in this range is important in order to maintain the polysulfides in solution and to prevent the polysulfides formed from precipitating (already) in the photoreactor on the photocatalyst causing its deactivation.
  • an addition of basic aqueous solution may be injected with the liquid fraction comprising hydrogen sulfide in ionic form from step b) into the photocatalyst.
  • the addition of the basic aqueous solution is preferably selected from an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH) or a mixture of both.
  • KOH potassium hydroxide
  • NaOH sodium hydroxide
  • the addition of the basic aqueous solution is identical to the basic aqueous solution of step a).
  • the implementation of the hydrogen production process is in a liquid medium. It is not necessary to have pure reagents.
  • the liquid medium may contain solvated ions (Na + , K + , S 2 “ , CO 3 2" , Cl “ , Br “ , NO 3 “ , etc.).
  • the implementation of the process for producing dihydrogen can be carried out in all types of reactors adapted to a photocatalytic reaction.
  • the implementation can be done in reactors totally glass or having non-absorbing optical windows to allow the radiation to reach the surface of the photocatalyst.
  • the type of reactor technology for implementing the photocatalyst is generally adapted to a thin film.
  • the thin-film fixed-bed reactors are advantageously employed, it is however also possible to use sloped or even cylindro-parabolic collector-type reactors.
  • the photocatalyst is advantageously deposited on a fabric-type support or deposited on a surface in contact with the light source in the form of a paint.
  • Reactor technology can also be adapted to a suspension.
  • fluidized bed type reactors are advantageously employed.
  • the radiation source emits at least a wavelength range greater than 280 nm, preferably 315 nm to 800 nm, which includes the UV spectrum and / or the visible spectrum.
  • the radiation may be any UV-visible radiation such as natural sunlight, a type of lamp Hg, a lamp type Xe, a lamp type LED (Light Emitting Diode).
  • the radiation source is the natural sunlight.
  • the luminous power is generally between 1 and 50 mW / cm 2 , preferably between 1 and 35 mW / cm 2 .
  • the photocatalytic stage c) for producing hydrogen can be carried out at a temperature between room temperature and 100 ° C.
  • the photocatalytic stage c) for producing hydrogen is generally carried out at a pressure comprised between atmospheric pressure and 3 MPa (30 bar).
  • the photocatalytic stage c) of hydrogen production has the advantage that it can be carried out under very mild operating conditions, especially at room temperature and / or at atmospheric pressure.
  • step c) is thus carried out at room temperature and / or at atmospheric pressure.
  • the photocatalyst employed may be any semiconductor material absorbing in the UV and / or visible and having a conduction band level strictly greater than 0V (versus NHE).
  • the photocatalyst may for example be chosen from TiO 2 , ZnS, ZnO, WO 3 , MoSx, Fe 2 O 3 , CdS, used alone or as a mixture.
  • the photocatalyst is a composition comprising a mixture of zinc sulphide (ZnS) and molybdenum sulphide (MoSx), and in which the molar ratio Mo / Zn is between 0.01 and 1, 9, preferably between 0.5 and 1.5. The ratio is calculated on the basis of elements Mo and Zn.
  • ZnS zinc sulphide
  • MoSx molybdenum sulphide
  • the photocatalyst is preferably in the form of nanoparticles.
  • the size of the nanoparticles is generally less than 1 ⁇ (1000 nm), and preferably between 10 and 500 nm, more preferably between 10 and 200 nm.
  • the photocatalyst may further comprise at least one Group VIII metal and / or Group IB in its metal, oxide or sulfide form. In the case where two metals are present, they can be in the form of an alloy.
  • the group VIII and / or IB group metal is chosen from platinum, palladium, gold, nickel, cobalt, ruthenium, rhodium or chromium in their metallic form or else from oxides.
  • the content of the metal of group VIII and / or of group IB in its metallic, oxide or sulphide form is generally between 0.01 and 5% by mass metal on the photocatalyst, preferably between 0.1 and 2% metal.
  • the photocatalyst may be prepared according to any method of preparation known to those skilled in the art.
  • step d) of the process according to the invention a gas / liquid separation of the effluent obtained in step c) is carried out so as to recover a gaseous fraction comprising hydrogen and a liquid fraction comprising polysulfides. the liquid fraction being at least partly recycled in step a).
  • This separation is preferably carried out in a gas / liquid separator flask.
  • the hydrogen produced has a purity greater than 99%, preferably greater than 99.9%.
  • hydrogen has a purity of 100%.
  • the hydrogen thus produced can be used, for example, as a fuel for internal combustion engines, for the generation of electric energy in fuel cells, or as a supplement for high purity hydrogen for hydrotreatment processes. highly efficient hydroconversion of this gas in existing refineries.
  • the hydrogen When it is desired to use hydrogen for applications in the refinery, and operates at atmospheric pressure in the photocatalytic stage, the hydrogen must be recompressed before its introduction into the hydrogen network of the refinery.
  • the gaseous fraction comprising hydrogen can be directly recycled into the hydrogen network of the refinery.
  • the liquid fraction comprising the polysulfides is at least partly, preferably entirely, recycled in step a).
  • Contacting said liquid fraction with the gaseous feedstock comprising hydrogen sulfide in the contacting zone of step a) causes the precipitation of sulfur by decomposition of the polysulfides.
  • the hydrogen sulphide contained in the feedstock is an acid compound which precipitates the elemental sulfur by decomposing the polysulfides maintained in liquid form in the liquid fraction recycled at a higher pH (thanks to the degassing of the H 2 S during step b).
  • another acidic compound such as chloric acid, sulfuric acid or phosphoric acid may be added in addition to the hydrogen sulfide feed to precipitate the polysulfides contained in the recycled liquid fraction.
  • the exchanger in which the contacting of step a) is carried out will progressively be loaded into solid sulfur, affecting the operation, in particular a loss of charge.
  • step a) When the exchanger used for the contacting of step a) is charged with sulfur, this exchanger is disconnected and step a) is carried out in the other heat exchanger.
  • the switching of the exchanger charged with sulfur to another exchanger is generally carried out by a set of valves at the inlet of the gaseous feed, the entry of the basic aqueous solution and the evacuation of the basic aqueous solution.
  • the exchanger charged with sulfur is then emptied of its liquid content, and then a fluid is injected into this heat exchanger at a temperature above the melting temperature of the sulfur (melt temperature between 12.8 ° C. and 19 ° C. C according to the nature of elemental sulfur according to CRC Handbook of Chemistry and Physics, publisher CRC press, editor-in-chief DR Lide, 81 st edition, 2000-2001); Then the liquid sulfur is removed from this heat exchanger.
  • the injected fluid is water vapor.
  • the fluid is injected into the tube bundle of the disconnected sulfur-charged exchanger for melting the sulfur, which is recovered in liquid form by an exit from the grille.
  • the injection of the fluid is then operated in heat exchange tubes of the exchanger so that the sulfur becomes liquid and is in turn evacuable from the capacity of the exchanger.
  • the cleaned exchanger regains its operability, the evacuated sulfur resolidifies at room temperature and is for example recoverable as such (fertilizer ).
  • Figure 1 schematically shows a preferred variant of the method according to the invention.
  • the process is composed at the inlet of two heat exchangers (2) and (4) for treating the feedstock comprising hydrogen sulfide. These also act as decanters (precipitation of polysulfides). While one is running, the second is in regeneration and vice versa.
  • the gaseous feedstock comprising hydrogen sulfide (6), the basic aqueous solution (8) and the liquid fraction comprising polysulfides (30) produced in step d) are introduced into the calender of a first exchanger (2).
  • the liquid solutions fill the capacity of the exchanger in its shell part.
  • An inlet of the charge is preferably positioned at the bottom of this calender to ensure maximum gas / liquid exchange.
  • the contacting of the charge containing H 2 S (6) and the basic aqueous solution (8) in the exchanger (2) has the objective of maximizing the dissolution of the H 2 S in ionic form by adjusting pressure and flow rates.
  • the effluent from the first exchanger (2) is fed via the line (10) into a gas / liquid separator tank (12) in which a gas / liquid separation of the effluent obtained in step a) is carried out so as to recovering a gaseous fraction comprising undissolved hydrogen sulphide (14) and a liquid fraction comprising hydrogen sulphide in ionic form (16).
  • the gaseous fraction comprising hydrogen sulfide (14) is recycled to the exchanger (2), optionally after having been recompressed in the compressor (18).
  • Fraction liquid comprising hydrogen sulphide in ionic form (16) is fed to the photocatalytic reactor (20) in which the liquid fraction comprising hydrogen sulphide in ionic form resulting from step b) is brought into contact with a photocatalyst in the presence of a radiation source emitting at least in a wavelength range greater than 280 nm, for example sunlight (22), so as to produce a gaseous fraction comprising hydrogen and a liquid fraction comprising polysulfides.
  • a radiation source emitting at least in a wavelength range greater than 280 nm, for example sunlight (22)
  • an addition of basic aqueous solution (17) may be injected with the liquid fraction comprising hydrogen sulphide ion form from step b) in the photocatalytic reactor. This allows the regulation of the pH to a value between 10 and 13, thus avoiding any premature precipitation of the polysulfides in the photocatalytic reactor.
  • the effluent from the photocatalytic reactor containing the gaseous fraction comprising hydrogen and the liquid fraction comprising polysulfides is fed via line (24) into a gas / liquid separator tank (26) in which a gas / liquid separation is carried out.
  • the effluent obtained in step c) so as to recover a gaseous fraction comprising hydrogen (28) and a liquid fraction comprising polysulfides (30).
  • it can be recompressed in the compressor (32) in order to achieve, for example, the pressure necessary for application in a refinery, such as in hydrotreating and / or hydroconversion.
  • the liquid fraction comprising the polysulfides (30) from step d) is recycled via a pump (34) into the exchanger (2) of step a).
  • the introduction of the feedstock comprising hydrogen sulphide (6) as an acidic compound precipitates the elemental sulfur by decomposition of the polysulfides contained in the recycled fraction which is deposited in the shell of the exchanger (2).
  • the exchanger (2) is thus gradually loaded with sulfur. Once the exchanger (2) is charged with sulfur, the exchangers are exchanged by putting into service the other exchanger (4) for contacting step a), while the exchanger charged with sulfur ( 2) is offline.
  • the tilting of the sulfur-filled exchanger (2) to another exchanger (4) is generally effected by a set of valves at the inlet of the gaseous feed (36), the entry of the basic aqueous solution ( 38) and the evacuation of the basic aqueous solution (40) (the exchanger (4) being identical to the exchanger (2), the reference signs are indicated by an apostrophe "'").
  • a fluid (44) is injected into the tube bundle of the disconnected sulfur-charged exchanger (2) at a temperature above the melting temperature of the sulfur to melt the sulfur, preferably steam. water.
  • This fluid is evacuated by the line (46).
  • the injection of the fluid (44) then melts the sulfur by heat exchange, which is removed by the valve (42).
  • the evacuated sulfur (48) resolidifies at room temperature.
  • the exchanger (2) is thus cleaned and can be reconnected for contacting step a) as soon as the other exchanger (4) is charged with sulfur.

Abstract

The invention relates to a photocatalytic process for production of hydrogen (28) and for recovery of solid sulphur (48) from hydrogen sulphide gas (6) in the presence of a light source which emits in the ultraviolet and/or visible spectrum (22). The process enables continuous operation and comprises the bringing into contact of a gas charge comprising hydrogen sulphide (6) with a basic aqueous solution (8) in a zone of heat exchangers comprising at least two exchangers (2) and (4) arranged in parallel and operating alternately, a gas/liquid separation (12), a photocatalytic step making it possible to form hydrogen and polysulphides (20), a gas/liquid separation (26) making it possible to recover the hydrogen (28), and the recycling of the polysulphides (30) in the operating heat exchanger (2) in order to cause said polysulphides to precipitate in the form of sulphur. The process is also aimed at recovering the sulphur in solid form (48).

Description

PROCEDE PHOTOCATALYTIQUE DE PRODUCTION D'HYDROGENE ET DE SOUFRE A PARTIR D'HYDROGENE SULFURE  PHOTOCATALYTIC PROCESS FOR PRODUCING HYDROGEN AND SULFUR FROM HYDROGEN SULFIDE
Le domaine de l'invention est celui de la photocatalyse et plus spécifiquement des réactions photocatalytiques permettant la production de dihydrogène (H2) à partir d'hydrogène sulfuré (H2S). The field of the invention is that of photocatalysis and more specifically photocatalytic reactions for the production of dihydrogen (H 2 ) from hydrogen sulfide (H 2 S).
La présente invention concerne un procédé photocatalytique de production d'hydrogène et de récupération de soufre solide à partir d'hydrogène sulfuré. L'objet de l'invention est de proposer un procédé permettant un fonctionnement en continu. Le procédé peut avantageusement s'implanter sur une raffinerie existante en complément d'un procédé de type Claus avec un fonctionnement en période diurne.  The present invention relates to a photocatalytic process for producing hydrogen and recovering solid sulfur from hydrogen sulphide. The object of the invention is to provide a method for continuous operation. The process can advantageously be established on an existing refinery in addition to a Claus type process with daytime operation.
L'hydrogène sulfuré est un produit chimique toxique émis en grande quantité et provenant de sources naturelles et de procédés industriels. Même à l'état de traces, l'H2S a un effet poison sur les catalyseurs de type métaux du groupe VIII utilisés dans de nombreux procédés industriels comme par exemple dans l'hydrogénation ou la synthèse d'ammoniac. Hydrogen sulfide is a toxic chemical emitted in large quantities from natural sources and industrial processes. Even in trace amounts, H 2 S has a poisonous effect on the Group VIII metal catalysts used in many industrial processes such as, for example, in the hydrogenation or synthesis of ammonia.
La plupart des procédés industriels permettant d'éliminer l'H2S des effluents gazeux se basent sur un procédé d'absorption de l'H2S dans des solutions aqueuses d'amines, suivie d'un procédé Claus permettant de décomposer l'H2S en eau et en soufre [H2S + (1 /2) 02→ H20 + S]. Most industrial processes for the removal of H 2 S from gaseous effluents are based on a process for the absorption of H 2 S in aqueous amine solutions, followed by a Claus process for decomposing H 2 S in water and sulfur [H 2 S + (1/2) 0 2 → H 2 0 + S].
Bien que le procédé Claus soit le procédé le plus utilisé pour éliminer l'H2S, il ne permet pas de récupérer l'hydrogène potentiellement stocké dans H2S sous forme de dihydrogène H2. De plus, du fait des hautes températures nécessaires, ce procédé entraine de fortes émissions de gaz à effet de serre (C02). Although the Claus process is the most used method for removing H 2 S, it does not recover the hydrogen potentially stored in H 2 S in the form of H 2 dihydrogen. In addition, because of the high temperatures required, this process leads to high greenhouse gas emissions (C0 2 ).
Diverses stratégies de conversion de l'H2S en hydrogène et en soufre ont été proposées pour atténuer les problèmes environnementaux et produire de l'hydrogène. On connaît par exemple la décomposition thermique de H2S en soufre et en hydrogène. Various strategies for converting H 2 S to hydrogen and sulfur have been proposed to mitigate environmental problems and produce hydrogen. For example, the thermal decomposition of H 2 S into sulfur and hydrogen is known.
Une autre stratégie est la décomposition de l'H2S en soufre et en hydrogène par la voie photocatalytique. En effet une partie de l'irradiation solaire touchant la surface de la terre peut être convertie en énergie chimique par production de dihydrogène (H2) via la dissociation photocatalytique de composés jouant le rôle de source de protons tels que l'hydrogène sulfuré (H2S). Another strategy is the decomposition of H 2 S into sulfur and hydrogen by the photocatalytic route. Indeed, part of the solar irradiation touching the surface of the earth can be converted into chemical energy by producing dihydrogen (H 2 ) via the photocatalytic dissociation of compounds acting as a source of protons such as hydrogen sulfide (H 2 S).
Le dihydrogène étant une molécule considérée comme un vecteur énergétique dense et non polluant, la production de cette molécule par photocatalyse pourrait répondre aux contraintes environnementales toujours plus fortes et aux besoins énergétiques mondiaux grandissants. En effet, le dihydrogène peut être par exemple utilisé directement en tant que carburant pour les moteurs à combustion interne pour le transport, pour la génération d'énergie électrique dans des piles à combustible ou encore apporter un appoint en hydrogène de haute pureté pour les procédés d'hydrotraitement et/ou d'hydroconversion hautement consommateurs de ce gaz dans les raffineries existantes.  Since dihydrogen is a molecule considered as a dense and non-polluting energy carrier, the production of this molecule by photocatalysis could respond to the ever-increasing environmental constraints and the growing global energy needs. Indeed, the dihydrogen can be used, for example, directly as a fuel for internal combustion engines for transport, for the generation of electrical energy in fuel cells or even to provide a supplement of high purity hydrogen for the processes. hydrotreatment and / or hydroconversion processes that consume this gas in existing refineries.
Le procédé selon l'invention produisant de l'hydrogène à partir d'H2S présente de multiples avantages par rapport aux nouveaux enjeux auxquels le secteur énergétique doit faire face. La tendance mondiale à produire des carburants plus propres et donc moins sulfurés entraine une production croissante en H2S. De plus, les unités d'hydrotraitement et d'hydrocraquage utilisées pour satisfaire aux nouvelles spécifications et à la demande croissante en carburants ont accru leur consommation en hydrogène. The process according to the invention producing hydrogen from H 2 S has many advantages over the new challenges facing the energy sector. The global trend to produce cleaner and therefore less sulphurized fuels leads to increasing H 2 S production. In addition, the hydrotreating and hydrocracking units used to meet new specifications and increasing fuel demand have increased their capacity. hydrogen consumption.
En outre, la substitution par le procédé selon l'invention, utilisant comme source d'énergie un rayonnement lumineux, des unités conventionnelles de traitement H2S ou de production hydrogène (procédé Claus, le vaporeformage...) permet une diminution des émissions de gaz à effet de serre. In addition, the substitution by the process according to the invention, using as energy source light radiation, conventional H 2 S treatment units or hydrogen production units (Claus process, steam reforming, etc.) makes it possible to reduce emissions. of greenhouse gases.
ART ANTÉRIEUR PRIOR ART
Des procédés photocatalytiques pour la production de dihydrogène à partir d'H2S sont connus dans l'état de la technique. Photocatalytic processes for the production of dihydrogen from H 2 S are known in the state of the art.
Ainsi, EP 0,205,199 décrit une mise en œuvre de ce type de procédé. Une cellule photocatalytique en pyrex munie d'un système d'agitation est irradiée par un rayonnement visible. La cellule est remplie d'une base de type NaOH dans laquelle vient buller un flux d'H2S gazeux en présence d'un catalyseur dispersé (du groupe ZnO, ZnO-Ru02, ZnS, ZnSe et CuGaS2). Différentes performances exprimées en débit d'H2 sont présentées en fonction du photocatalyseur utilisé, du ratio H2S/NaOH, de la concentration en NaOH et de la longueur d'onde. L'H2S est injecté par une première ligne dans la cellule photocatalytique tandis qu'une seconde ligne évacue l'H2S excédentaire et l'H2 produit. Cet effluent est réinjecté après compression par la première ligne, le tout étant muni d'une entrée d'H2S frais. Cette mise en œuvre fonctionne donc jusqu'à saturation du système en H2, le soufre solide se déposant au fond de la cellule. Pour redémarrer un cycle de production, il convient donc d'arrêter l'unité. Thus EP 0,205,199 describes an implementation of this type of process. A Pyrex photocatalytic cell equipped with a stirring system is irradiated with visible radiation. The cell is filled with a NaOH-type base in which a stream of gaseous H 2 S is bubbled in the presence of a dispersed catalyst (from the group ZnO, ZnO-Ru0 2 , ZnS, ZnSe and CuGaS 2 ). Different performances expressed in flow rate of H 2 are presented as a function of the photocatalyst used, the H 2 S / NaOH ratio, the NaOH concentration and the wavelength. H 2 S is injected through a first line into the photocatalytic cell while a second line discharges excess H 2 S and H 2 produced. This effluent is reinjected after compression by the first line, the whole being provided with a fresh H 2 S inlet. This implementation therefore works until saturation of the H 2 system , the solid sulfur being deposited at the bottom of the cell. To restart a production cycle, the unit must be stopped.
US 6,572,829 décrit une mise en œuvre qui enchaîne trois sections: une zone de dissolution de l'H2S / isolation soufre, une zone de dégazage de l'H2S ainsi qu'une zone de réaction photocatalytique. L'H2S vient buller à travers une base liquide dans la première section. La solution contenant des ions HS" est envoyée dans la zone de dégazage où l'H2S excédentaire est évacué. Enfin, la solution passe par le photoréacteur où une dissociation en H2 gazeux et en ions type S2 2" sur des catalyseurs du groupe CdS, Pt-CdS, ZnS ou ZnFe204 est effectuée. Ces derniers recyclés à la première section en présence d'H2S vont précipiter en soufre solide. Le fond de la première section est garni de filtres céramiques pour isoler le soufre. Ainsi cette mise en œuvre fonctionne jusqu'à saturation du système en soufre. Il est mentionné que dans tous les cas le soufre est solide et qu'il devra être collecté en ouvrant le système et en arrêtant l'unité par conséquent. US 6,572,829 discloses an implementation that connects three sections: a dissolution zone of the H 2 S / insulation sulfur, a degassing zone of the H 2 S and a photocatalytic reaction zone. H 2 S bubbles through a liquid base in the first section. The solution containing HS " ions is sent into the degassing zone where excess H 2 S is discharged Finally, the solution passes through the photoreactor where a dissociation of gaseous H 2 and S 2 2" ions on catalysts of the CdS group, Pt-CdS, ZnS or ZnFe 2 O 4 is carried out . The latter recycled in the first section in the presence of H 2 S will precipitate in solid sulfur. The bottom of the first section is filled with ceramic filters to isolate the sulfur. Thus this implementation works until saturation of the sulfur system. It is mentioned that in all cases the sulfur is solid and that it will have to be collected by opening the system and stopping the unit accordingly.
Il est également décrit la production d'hydrogène sous rayonnement visible à partir d'une solution alcaline dans laquelle passe un flux d'H2S en présence de photocatalyseurs de type Cdln2S4 (Adv. Funct. Mater., 16, p.1349 (2006)), CuGa^ xlnx02 (Catalysis Communications, 9, p. 395 (2008) et FeGa03 (Int. J. Hydrogen Energy, 33, p. 6586 (2008)) mis en œuvre sous forme de suspension. Enfin, les travaux de Can Li et al. (Chinese Journal of Catalysis, 29(4), p. 313 (2008)) ont montré qu'il était possible de produire de l'hydrogène par photolyse d'un flux d'H2S en phase gaz sous irradiation UV-Vis par l'emploi d'un photocatalyseur à base de ZnS dopé dans un photoréacteur de type lit fixe. Ainsi, les procédés photocatalytiques pour la production d'hydrogène à partir d'H2S proposés dans l'état de l'art nécessitent une intervention interrompant le procédé ce qui pénalise fortement sa productivité. It is also described the production of hydrogen under visible radiation from an alkaline solution in which a flow of H 2 S flows in the presence of photocatalysts Cdln 2 S 4 type (Adv Funct Mater, 16, p 1349 (2006)), CuGa x 1n x 0 2 (Catalysis Communications, 9, p 395 (2008) and FeGa0 3 (Int J. Hydrogen Energy, 33, p 6586 (2008)) implemented under Finally, the work of Can Li et al (Chinese Journal of Catalysis, 29 (4), 313 (2008)) has shown that it is possible to produce hydrogen by photolysis of a flow of H 2 S in gas phase under UV-Vis irradiation by the use of a photocatalyst based on ZnS doped in a fixed-bed photoreactor. Thus, the photocatalytic processes for the production of hydrogen from H 2 S proposed in the state of the art require an intervention interrupting the process which strongly penalizes its productivity.
L'objet de l'invention est de proposer un procédé photocatalytique de production d'hydrogène à partir d'H2S permettant un fonctionnement en continu. The object of the invention is to provide a photocatalytic process for producing hydrogen from H 2 S allowing continuous operation.
Un autre objet est de proposer un procédé permettant de remplacer ou de compléter au moins en partie le procédé de type Claus en période diurne.  Another object is to provide a method for replacing or supplementing at least partially the Claus type process in the daytime.
Un autre objet de l'invention est de fournir un procédé permettant de maintenir les polysulfures en phase liquide dans le photoréacteur, afin d'éviter qu'ils se déposent sur le photocatalyseur. En effet, le dépôt de polysulfures sur les photocatalyseurs mène à des photocatalyseurs inactifs.  Another object of the invention is to provide a method for maintaining the polysulfides in the liquid phase in the photoreactor, to prevent them from being deposited on the photocatalyst. Indeed, the deposition of polysulfides on the photocatalysts leads to inactive photocatalysts.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
La présente invention concerne un procédé photocatalytique de production d'hydrogène et de soufre à partir d'H2S permettant un fonctionnement en continu. The present invention relates to a photocatalytic process for producing hydrogen and sulfur from H 2 S for continuous operation.
Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé de production d'hydrogène et de soufre à partir d'une charge gazeuse comprenant de l'hydrogène sulfuré, comprenant les étapes suivantes :  More particularly, the present invention relates to a process for producing hydrogen and sulfur from a gaseous feedstock comprising hydrogen sulfide, comprising the steps of:
a) on met en contact une charge gazeuse comprenant de l'hydrogène sulfuré H2S avec une solution aqueuse basique et une fraction liquide comprenant des polysulfures produite à l'étape d) dans une zone de mise en contact de manière à dissoudre au moins une partie de l'hydrogène sulfuré H2S sous forme ionique, et de manière à provoquer la précipitation de soufre par décomposition des polysulfures, a) a gaseous feedstock comprising hydrogen sulfide H 2 S is contacted with a basic aqueous solution and a liquid fraction comprising polysulfides produced in step d) in a contacting zone so as to dissolve at least one a part of hydrogen sulphide H 2 S in ionic form, and so as to cause the precipitation of sulfur by decomposition of polysulfides,
b) on effectue une séparation gaz/liquide de l'effluent obtenu à l'étape a) de manière à récupérer une fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène sulfuré et une fraction liquide comprenant l'hydrogène sulfuré sous forme ionique,  b) a gas / liquid separation of the effluent obtained in step a) is carried out so as to recover a gaseous fraction comprising hydrogen sulphide and a liquid fraction comprising hydrogen sulphide in ionic form,
c) on met en contact au moins une partie de la fraction liquide comprenant l'hydrogène sulfuré sous forme ionique issue de l'étape b) avec un photocatalyseur en présence d'une source de rayonnement émettant au moins dans une gamme de longueur d'onde supérieure à 280 nm, de manière à produire une fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène et une fraction liquide comprenant des polysulfures, c) at least a portion of the liquid fraction comprising the hydrogen sulphide in ionic form resulting from step b) is brought into contact with a photocatalyst in the presence of a radiation source emitting at least in a range of lengths of wave greater than 280 nm, to produce a gaseous fraction comprising hydrogen and a liquid fraction comprising polysulfides,
d) on effectue une séparation gaz/liquide de l'effluent obtenue à l'étape c) de manière à récupérer une fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène et une fraction liquide comprenant des polysulfures, la fraction liquide étant au moins en partie recyclée à l'étape a),  d) a gas / liquid separation of the effluent obtained in step c) is carried out so as to recover a gaseous fraction comprising hydrogen and a liquid fraction comprising polysulfides, the liquid fraction being at least partially recycled to step a),
ledit procédé étant caractérisé en ce que ladite zone de mise en contact dans l'étape a) comprend au moins un premier et un deuxième échangeurs de chaleur, l'étape a) est réalisée dans le premier échangeur de chaleur, puis lorsque le premier échangeur de chaleur est chargé en soufre, on déconnecte le premier échangeur et on réalise l'étape a) dans le deuxième échangeur de chaleur, on vide le premier échangeur de chaleur de son contenu liquide, on injecte un fluide dans le premier échangeur de chaleur à une température supérieure à la température de fusion du soufre, et on évacue le soufre liquide du premier échangeur de chaleur.  said method being characterized in that said contacting zone in step a) comprises at least a first and a second heat exchanger, step a) is carried out in the first heat exchanger, and then when the first exchanger of heat is charged with sulfur, the first exchanger is disconnected and step a) is carried out in the second heat exchanger, the first heat exchanger is emptied of its liquid content, a fluid is injected into the first heat exchanger at a temperature above the melting temperature of the sulfur, and the liquid sulfur is removed from the first heat exchanger.
Les différentes étapes du procédé ainsi que les équipements qui le constituent sont détaillés ci-dessous. The various stages of the process and the equipment that constitute it are detailed below.
Etape a) : Dissolution de l'H?S dans la solution aqueuse basique Step a): Dissolution of the H 2 S in the basic aqueous solution
Selon l'étape a) du procédé selon l'invention, on met en contact une charge gazeuse comprenant de l'hydrogène sulfuré H2S avec une solution aqueuse basique et une fraction liquide comprenant des polysulfures produite à l'étape d) dans une zone de mise en contact de manière à dissoudre au moins une partie de l'hydrogène sulfuré H2S sous forme ionique (H2S + OH — > HS" + H2O), et de manière à provoquer la précipitation de soufre par décomposition des polysulfures. According to step a) of the process according to the invention, a gaseous feedstock comprising hydrogen sulfide H2S is brought into contact with a basic aqueous solution and a liquid fraction comprising polysulfides produced in step d) in a zone of contacting so as to dissolve at least a portion of the hydrogen sulfide H 2 S in ionic form (H 2 S + OH -> HS " + H 2 O), and so as to cause the precipitation of sulfur by decomposition of polysulfide.
La charge gazeuse comprenant de l'hydrogène sulfuré H2S est généralement un effluent gazeux industriel de raffinerie, tel qu'un effluent provenant d'un lavage aux aminés ou optionnellement une charge gaz hydrocarbures légers contenant de l'H2S. Dans le cas du traitement d'une charge gaz hydrocarbures légers de raffinerie contenant de l'hydrogène sulfuré et provenant des unités de désulfuration, la composition du gaz à traiter est en moyenne la suivante avant lavage aux aminés : 1 % en masse H2, 15% en masse C1 , 18% en masse C2, 14% en masse C3, 13% en masse C4, 5% en masse C5+, 34% en masse H2S. Lorsque le gaz à traiter a subi un lavage aux aminés, la composition est en moyenne la suivante : 2,5% en masse H20 et 97,5% en masse H2S. De préférence, la charge comprenant de l'hydrogène sulfuré H2S est un effluent provenant d'un lavage aux aminés. The gaseous feedstock comprising hydrogen sulfide H 2 S is generally an industrial gaseous effluent from a refinery, such as an effluent from an amine wash or optionally a light hydrocarbon gas feed containing H 2 S. In the In the case of the treatment of a light hydrocarbon feedstock of refinery containing hydrogen sulphide and coming from the desulfurization units, the composition of the gas to be treated is on average the following before washing with amines: 1% by mass H 2 , 15% by weight C1, 18% by mass C2, 14% by mass C3, 13% by mass C4, 5% by mass C5 +, 34% by mass H 2 S. When the gas to be treated has been subjected to an amine wash, the composition is on average 2.5% by weight H 2 0 and 97.5% by weight H 2 S. Preferably, the feedstock comprising hydrogen sulphide H 2 S is an effluent from an amine wash.
La solution aqueuse basique est de préférence choisie parmi une solution aqueuse d'hydroxyde de potassium (KOH), d'hydroxyde de sodium (NaOH) ou d'un mélange des deux. The basic aqueous solution is preferably selected from an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH) or a mixture of both.
La mise en contact selon l'étape a) peut être effectuée à une température comprise entre la température ambiante et 100 ° C. La mise en contact est généralement effectuée à une pression comprise entre la pression atmosphérique et 3 MPa (30 bar). The contacting according to step a) can be carried out at a temperature between room temperature and 100 ° C. The contacting is generally carried out at a pressure between atmospheric pressure and 3 MPa (30 bar).
De préférence, la mise en contact est effectuée à température ambiante. De préférence, la mise en contact est effectuée à pression atmosphérique.  Preferably, the contacting is carried out at ambient temperature. Preferably, the contacting is carried out at atmospheric pressure.
Lorsqu'on souhaite valoriser l'hydrogène produit par photocatalyse dans l'étape c) par injection dans le réseau de la raffinerie pour ensuite l'utiliser dans des unités telles que l'hydrotraitement et/ou l'hydroconversion, on utilise de préférence une pression entre 2 MPa et 3 MPa (20 et 30 bar).  When it is desired to valorize the hydrogen produced by photocatalysis in step c) by injection into the refinery network and then to use it in units such as hydrotreatment and / or hydroconversion, it is preferable to use a pressure between 2 MPa and 3 MPa (20 and 30 bar).
Le pH dans l'étape a) est généralement compris entre 7 et 9, de préférence entre 7,6 et 8,5. En effet, l'ajout d'hydrogène sulfuré en tant que composé acide fait baisser le pH de la solution aqueuse basique et de la fraction liquide recyclée et permet ainsi de dissocier l'H2S en H+ et HS" et de décomposer les polysulfures en soufre. The pH in step a) is generally between 7 and 9, preferably between 7.6 and 8.5. In fact, the addition of hydrogen sulphide as the acid compound lowers the pH of the basic aqueous solution and the recycled liquid fraction and thus makes it possible to dissociate the H 2 S in H + and HS " and to decompose the polysulfides to sulfur.
On peut utiliser tout type d'échangeur de chaleur tel qu'un échangeur à plaques ou un échangeur de type « tubes calandre ». Avantageusement on utilise un échangeur de type « tubes calandre » (normalisé par le standard TEMA) qui est constitué d'un faisceau de tubes, disposés à l'intérieur d'une enveloppe dénommée calandre. L'un des fluides circule à l'intérieur des tubes (fluide chaud, de préférence la vapeur d'eau) et l'autre à l'intérieur de la calandre (mélange charge/solution aqueuse basique/fraction liquide contenant les polysulfures), autour des tubes. À chaque extrémité du faisceau sont fixés des moyens de distribution qui assurent la circulation du fluide à l'intérieur du faisceau en une ou plusieurs passes. La calandre est elle aussi munie de tubulures d'entrée et de sortie pour le second fluide (qui circule à l'extérieur des tubes). De préférence, la charge contenant l'hydrogène sulfuré et la solution aqueuse basique et la fraction liquide contenant les polysulfures sont injectées à contre-courant, c'est-à-dire que la charge contenant l'H2S est injectée dans la partie inférieure de l'échangeur, alors que la solution aqueuse basique et la fraction liquide contenant les polysulfures sont injectées dans la partie supérieure de l'échangeur. Ceci améliore le contact gaz/liquide et par voie de conséquence la dissolution de l'hydrogène sulfuré. Any type of heat exchanger such as a plate heat exchanger or a shell-type heat exchanger can be used. Advantageously, a "shell-and-tube" type heat exchanger (standardized by the TEMA standard) is used which consists of a bundle of tubes arranged inside a shell called a shell. One of the fluids circulates inside the tubes (hot fluid, preferably water vapor) and the other inside the shell (mixture charge / solution basic aqueous / liquid fraction containing the polysulfides), around the tubes. At each end of the beam are attached distribution means which ensure the circulation of fluid within the beam in one or more passes. The calender is also provided with inlet and outlet pipes for the second fluid (which circulates outside the tubes). Preferably, the charge containing the hydrogen sulphide and the basic aqueous solution and the liquid fraction containing the polysulphides are injected countercurrently, that is to say that the charge containing the H 2 S is injected into the portion lower the exchanger, while the basic aqueous solution and the liquid fraction containing the polysulfides are injected into the upper part of the exchanger. This improves the gas / liquid contact and consequently the dissolution of the hydrogen sulphide.
Le procédé selon l'invention permet un fonctionnement en continu grâce à une zone de mise en contact dans l'étape a) comprenant au moins un premier et un deuxième échangeurs de chaleur. Le premier échangeur de chaleur fonctionne en alternance avec le deuxième échangeur de chaleur. En effet, la zone de mise en contact est composée d'au moins deux échangeurs disposés en parallèle pour traiter la charge. Ceux-ci assurent également le rôle de décanteurs (récupération du soufre). Pendant que l'un est en fonctionnement, le second est en régénération et vice-versa. The method according to the invention allows continuous operation through a contacting zone in step a) comprising at least a first and a second heat exchanger. The first heat exchanger operates alternately with the second heat exchanger. Indeed, the contacting zone is composed of at least two exchangers arranged in parallel to process the load. These also act as decanters (recovery of sulfur). While one is running, the second is in regeneration and vice versa.
Plus particulièrement, ledit procédé est caractérisé en ce que ladite zone de mise en contact dans l'étape a) comprend au moins un premier et un deuxième échangeurs de chaleur, l'étape a) est réalisée dans le premier échangeur de chaleur, puis lorsque le premier échangeur de chaleur est chargé en soufre, on déconnecte le premier échangeur et on réalise l'étape a) dans le deuxième échangeur de chaleur, on vide le premier échangeur de chaleur de son contenu liquide, on injecte un fluide dans le premier échangeur de chaleur à une température supérieure à la température de fusion du soufre, et on évacue le soufre liquide du premier échangeur de chaleur.  More particularly, said method is characterized in that said contacting zone in step a) comprises at least a first and a second heat exchanger, step a) is carried out in the first heat exchanger, and then when the first heat exchanger is charged with sulfur, the first exchanger is disconnected and step a) is carried out in the second heat exchanger, the first heat exchanger is emptied of its liquid content, a fluid is injected into the first exchanger of heat at a temperature above the melting temperature of the sulfur, and the liquid sulfur is removed from the first heat exchanger.
De préférence, le fluide traverse l'échangeur de chaleur dans un premier circuit, la mise en contact de l'étape a) étant effectuée dans un deuxième circuit, le premier circuit étant adapté à échanger de la chaleur avec le deuxième circuit. Selon une variante préférée, la mise en contact de létape a) est effectuée dans une zone comprenant au moins deux échangeurs de chaleur disposés en parallèle, ces deux échangeurs fonctionnant en alternance, chaque échangeur de chaleur renfermant un faisceau de tubes à l'intérieur d'une calandre, un seul échangeur étant utilisé pour la mise en contact de l'étape a) qui se charge progressivement en soufre par le recyclage de la fraction liquide comprenant des polysulfures, l'autre échangeur étant pendant ce temps déconnecté, et lorsque l'échangeur utilisé pour la mise en contact de l'étape a) est chargé en soufre, on permute les échangeurs en mettant en service l'autre échangeur. L'échangeur chargé en soufre est déconnecté, vidé de son contenu liquide, puis soumis à une injection d'un fluide à une température supérieure à la température de fusion du soufre dans le faisceau de tubes de l'échangeur de manière à faire fondre et de récupérer le soufre. Pendant qu'un échangeur est utilisé pour effectuer la dissolution de l'H2S et la précipitation des polysulfures en soufre, l'autre est débarrassé du soufre, le préparant ainsi pour le basculement dès que le premier échangeur est chargé en soufre. Dès que le basculement est fait, on accumule le soufre et on effectue la dissolution dans l'échangeur préalablement nettoyé du soufre et on nettoie l'autre échangeur saturé en soufre et ainsi de suite. Preferably, the fluid passes through the heat exchanger in a first circuit, the contacting of step a) being performed in a second circuit, the first circuit being adapted to exchange heat with the second circuit. According to a preferred variant, the contacting of step a) is carried out in an area comprising at least two heat exchangers arranged in parallel, these two exchangers operating alternately, each heat exchanger enclosing a bundle of tubes inside the heat exchanger. a calender, a single exchanger being used for contacting step a) which progressively charges with sulfur by recycling the liquid fraction comprising polysulfides, the other exchanger being disconnected during this time, and when the exchanger used for the contacting of step a) is charged with sulfur, the exchangers are exchanged by putting into operation the other exchanger. The exchanger loaded with sulfur is disconnected, emptied of its liquid content and then subjected to an injection of a fluid at a temperature above the melting temperature of the sulfur in the tube bundle of the exchanger so as to melt and to recover sulfur. While an exchanger is used to effect the dissolution of H 2 S and the precipitation of polysulfides in sulfur, the other is freed of sulfur, thus preparing it for tilting as soon as the first exchanger is charged with sulfur. As soon as the tilting is done, the sulfur is accumulated and the dissolution is carried out in the exchanger previously cleaned of sulfur and the other exchanger saturated with sulfur is cleaned and so on.
Etape b) : Séparation de l'H?S gazeux Step b): Separation of the gaseous H? S
Selon l'étape b) du procédé selon l'invention, on effectue une séparation gaz/liquide de l'effluent obtenu à l'étape a) de manière à récupérer une fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène sulfuré et une fraction liquide comprenant l'hydrogène sulfuré sous forme ionique.  According to step b) of the process according to the invention, a gas / liquid separation of the effluent obtained in step a) is carried out so as to recover a gaseous fraction comprising hydrogen sulphide and a liquid fraction comprising Hydrogen sulfide in ionic form.
Cette séparation permet d'évacuer la fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène sulfuré non dissout et permet ainsi d'envoyer uniquement une fraction liquide dans l'étape photocatalytique.  This separation makes it possible to evacuate the gaseous fraction comprising undissolved hydrogen sulphide and thus makes it possible to send only a liquid fraction into the photocatalytic stage.
De préférence, cette séparation est effectuée dans un ballon séparateur gaz/ liquide.  This separation is preferably carried out in a gas / liquid separator flask.
Selon une variante préférée, la fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène sulfuré non dissout issu de la séparation gaz/liquide est recyclée dans l'échangeur dans lequel la mise en contact de l'étape a) est effectuée. Lorsqu'on opère avec une pression supérieure à la pression atmosphérique dans l'échangeur dans lequel la mise en contact de l'étape a) est effectuée, la fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène sulfuré non dissout issu de la séparation gaz/liquide est de préférence récompressée avant son recyclage dans l'échangeur. According to a preferred variant, the gaseous fraction comprising undissolved hydrogen sulfide from the gas / liquid separation is recycled to the exchanger in which the contacting of step a) is carried out. When operating with a pressure greater than atmospheric pressure in the exchanger in which the contacting of step a) is performed, the gaseous fraction comprising undissolved hydrogen sulphide from the gas / liquid separation is preferably recompressed before recycling in the exchanger.
Etape c) : Production d'hydrogène par photocatalyse Step c): Production of hydrogen by photocatalysis
Selon l'étape c) du procédé selon l'invention, on met en contact au moins une partie de la fraction liquide comprenant l'hydrogène sulfuré sous forme ionique issue de l'étape b) avec un photocatalyseur en présence d'une source de rayonnement émettant au moins dans une gamme de longueur d'onde supérieure à 280 nm, de manière à produire une fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène et une fraction liquide comprenant des polysulfures, et éventuellement des ions sulfures et/ou de l'hydrogène sulfuré dissout n'ayant pas été converti.  According to step c) of the process according to the invention, at least a portion of the liquid fraction comprising hydrogen sulphide in ionic form resulting from step b) is brought into contact with a photocatalyst in the presence of a source of radiation emitting at least in a wavelength range greater than 280 nm, so as to produce a gaseous fraction comprising hydrogen and a liquid fraction comprising polysulphides, and optionally sulphide ions and / or hydrogen sulphide dissolved having not been converted.
Par la photocatalyse, le soufre contenu dans la fraction liquide comprenant l'hydrogène sulfuré sous forme liquide HS" est oxydé en polysulfures se présentant généralement sous la formule Sn 2~ avec n = 2 à 6, et les protons générés par la réaction d'oxydation de HS" sont réduits en dihydrogène H2 : By photocatalysis, the sulfur contained in the liquid fraction comprising hydrogen sulfide in liquid form HS " is oxidized to polysulfides generally having the formula S n 2 ~ with n = 2 to 6, and the protons generated by the reaction of oxidation of HS " are reduced to H 2 dihydrogen :
Oxidation : 2HS" + 2h+ => S2" 2+ 2H+ Oxidation: 2HS " + 2h + => S 2" 2 + 2H +
Réduction : 2H+ + 2e " => H2 Reduction: 2H + + 2 e " => H 2
Grâce à la séparation de la fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène sulfuré non dissout (qui est un composé acide) dans l'étape b), la fraction liquide envoyée dans l'étape photocatalytique est moins acide que le mélange charge/solution aqueuse basique. Le pH dans l'étape c) est généralement compris entre 10 et 13, de préférence entre 1 1 ,5 et 12,5. Le fait d'obtenir un pH dans cette gamme est important afin de maintenir les polysulfures en solution et d'éviter que les polysulfures formés précipitent (déjà) dans le photoréacteur sur le photocatalyseur provoquant sa désactivation.  By separating the gaseous fraction comprising undissolved hydrogen sulphide (which is an acidic compound) in step b), the liquid fraction sent in the photocatalytic step is less acidic than the charge mixture / basic aqueous solution. . The pH in step c) is generally between 10 and 13, preferably between 1, 5 and 12.5. Obtaining a pH in this range is important in order to maintain the polysulfides in solution and to prevent the polysulfides formed from precipitating (already) in the photoreactor on the photocatalyst causing its deactivation.
Au besoin, un appoint de solution aqueuse basique peut être injecté avec la fraction liquide comprenant l'hydrogène sulfuré sous forme ionique issue de l'étape b) dans le photocatalyseur. Ceci permet la régulation du pH à une valeur comprise entre 10 et 13, évitant ainsi toute précipitation prématurée des polysulfures dans le photocatalyseur. L'appoint de la solution aqueuse basique est de préférence choisi parmi une solution aqueuse d'hydroxyde de potassium (KOH), d'hydroxyde de sodium (NaOH) ou d'un mélange des deux. De préférence, l'appoint de la solution aqueuse basique est identique à la solution aqueuse basique de l'étape a). If necessary, an addition of basic aqueous solution may be injected with the liquid fraction comprising hydrogen sulfide in ionic form from step b) into the photocatalyst. This allows the regulation of the pH to a value between 10 and 13, thus avoiding any premature precipitation of polysulfides in the photocatalyst. The addition of the basic aqueous solution is preferably selected from an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH) or a mixture of both. Preferably, the addition of the basic aqueous solution is identical to the basic aqueous solution of step a).
La mise en œuvre du procédé de production d'hydrogène se fait en milieu liquide. Il n'est pas nécessaire de disposer de réactifs purs. Par exemple, le milieux liquide peut contenir des ions solvatés (Na+, K+, S2", C03 2", CI", Br", N03 ", ...). The implementation of the hydrogen production process is in a liquid medium. It is not necessary to have pure reagents. For example, the liquid medium may contain solvated ions (Na + , K + , S 2 " , CO 3 2" , Cl " , Br " , NO 3 " , etc.).
La mise en œuvre du procédé de production de dihydrogène peut se faire dans tous types de réacteurs adaptés à une réaction photocatalytique. Ainsi, la mise en œuvre peut se faire dans des réacteurs totalement en verre ou disposant de fenêtres optiques non absorbantes afin de permettre au rayonnement d'atteindre la surface du photocatalyseur. The implementation of the process for producing dihydrogen can be carried out in all types of reactors adapted to a photocatalytic reaction. Thus, the implementation can be done in reactors totally glass or having non-absorbing optical windows to allow the radiation to reach the surface of the photocatalyst.
Le type de technologie de réacteur pour la mise en œuvre du photocatalyseur est généralement adapté à un film mince. Ainsi les réacteurs lit fixe à film mince sont avantageusement employés, il est cependant également possible d'utiliser des réacteurs de type plateau collecteur inclinés ou encore cylindro-paraboliques. Pour ce type de technologie, le photocatalyseur se trouve avantageusement déposé sur un support de type tissu ou encore déposé sur une surface en contact avec la source lumineuse sous la forme d'une peinture. La technologie de réacteur peut également être adaptée à une suspension. Ainsi, des réacteurs de type lit fluidisé sont avantageusement employés.  The type of reactor technology for implementing the photocatalyst is generally adapted to a thin film. Thus the thin-film fixed-bed reactors are advantageously employed, it is however also possible to use sloped or even cylindro-parabolic collector-type reactors. For this type of technology, the photocatalyst is advantageously deposited on a fabric-type support or deposited on a surface in contact with the light source in the form of a paint. Reactor technology can also be adapted to a suspension. Thus, fluidized bed type reactors are advantageously employed.
La source de rayonnement émet au moins une gamme de longueur d'onde supérieure à 280 nm, de préférence de 315 nm à 800 nm, ce qui inclut le spectre UV et/ou le spectre visible. Le rayonnement peut être tout rayonnement UV-visible tel que la lumière naturelle du soleil, une lampe de type Hg, une lampe de type Xe, une lampe de type LED (Light Emitting Diode). De préférence, la source de rayonnement est la lumière naturelle du soleil. La puissance lumineuse est généralement comprise entre 1 et 50 mW/cm2, de manière préférée comprise entre 1 et 35 mW/cm2. L'étape photocatalytique c) de production d'hydrogène peut être effectuée à une température comprise entre la température ambiante et 100° C. L'étape photocatalytique c) de production d'hydrogène est généralement effectuée à une pression comprise entre la pression atmosphérique et 3 MPa (30 bar). The radiation source emits at least a wavelength range greater than 280 nm, preferably 315 nm to 800 nm, which includes the UV spectrum and / or the visible spectrum. The radiation may be any UV-visible radiation such as natural sunlight, a type of lamp Hg, a lamp type Xe, a lamp type LED (Light Emitting Diode). Preferably, the radiation source is the natural sunlight. The luminous power is generally between 1 and 50 mW / cm 2 , preferably between 1 and 35 mW / cm 2 . The photocatalytic stage c) for producing hydrogen can be carried out at a temperature between room temperature and 100 ° C. The photocatalytic stage c) for producing hydrogen is generally carried out at a pressure comprised between atmospheric pressure and 3 MPa (30 bar).
L'étape photocatalytique c) de production d'hydrogène a l'avantage de pouvoir être effectuée à des conditions opératoires très douces, notamment à température ambiante et/ou à pression atmosphérique. De préférence, on effectue ainsi l'étape c) à température ambiante et/ou à pression atmosphérique.  The photocatalytic stage c) of hydrogen production has the advantage that it can be carried out under very mild operating conditions, especially at room temperature and / or at atmospheric pressure. Preferably, step c) is thus carried out at room temperature and / or at atmospheric pressure.
Lorsqu'on souhaite utiliser l'hydrogène produit par photocatalyse pour l'injecter dans le réseau d'hydrogène de la raffinerie afin de l'utiliser dans des applications dans la raffinerie, telles que l'hydrotraitement et/ou l'hydroconversion, on utilise de préférence une pression entre 2 MPa et 3 MPa (20 bar et 30 bar).  When it is desired to use the hydrogen produced by photocatalysis to inject it into the refinery's hydrogen network for use in refinery applications, such as hydrotreating and / or hydroconversion, one uses preferably a pressure between 2 MPa and 3 MPa (20 bar and 30 bar).
Le photocatalyseur employé peut-être tout matériau semiconducteur absorbant dans l'UV et/ou le visible et possédant un niveau de bande de conduction strictement supérieur à 0V (versus NHE). Le photocatalyseur peut être par exemple choisi parmi le Ti02, le ZnS, le ZnO, le W03, le MoSx, le Fe203, le CdS, utilisé seul ou en mélange. The photocatalyst employed may be any semiconductor material absorbing in the UV and / or visible and having a conduction band level strictly greater than 0V (versus NHE). The photocatalyst may for example be chosen from TiO 2 , ZnS, ZnO, WO 3 , MoSx, Fe 2 O 3 , CdS, used alone or as a mixture.
Selon une variante particulièrement préférée, le photocatalyseur est une composition comprenant un mélange de sulfure de zinc (ZnS) et de sulfure de molybdène (MoSx), et dans laquelle le ratio molaire Mo/Zn est compris entre 0,01 et 1 ,9, de préférence compris entre 0,5 et 1 ,5. Le ratio est calculé sur la base des éléments Mo et Zn. Un tel photocatalyseur est décrit dans la demande FR12/01 .853.  According to a particularly preferred variant, the photocatalyst is a composition comprising a mixture of zinc sulphide (ZnS) and molybdenum sulphide (MoSx), and in which the molar ratio Mo / Zn is between 0.01 and 1, 9, preferably between 0.5 and 1.5. The ratio is calculated on the basis of elements Mo and Zn. Such a photocatalyst is described in application FR12 / 01 .853.
Le photocatalyseur est de préférence sous forme de nanoparticules. La taille des nanoparticules est généralement inférieure à 1 μιτι (1000 nm), et de préférence comprise entre 10 et 500 nm, de manière plus préférée comprise entre 10 et 200 nm. The photocatalyst is preferably in the form of nanoparticles. The size of the nanoparticles is generally less than 1 μιτι (1000 nm), and preferably between 10 and 500 nm, more preferably between 10 and 200 nm.
D'une manière générale, on cherche à obtenir des petites tailles de particules permettant d'augmenter le ratio surface/volume afin d'obtenir une grande surface disponible pour les espèces réactives photogénérées. La surface spécifique des particules est généralement comprise entre 10 et 150 m2/g. Selon une variante, le photocatalyseur peut comprendre en outre au moins un métal du groupe VIII et/ou du groupe IB sous sa forme métallique, oxyde ou sulfure. Dans le cas où deux métaux sont présents, ils peuvent être sous forme d'un alliage. De préférence, le métal du groupe VIII et/ou du groupe IB est choisi parmi le platine, le palladium, l'or, le nickel, le cobalt, le ruthénium, le rhodium ou le chrome sous leur forme métallique ou encore parmi les oxydes NiOx, RuOx, Cr203, CoO et Co304 La teneur du métal du groupe VIII et/ou du groupe IB sous sa forme métallique, oxyde ou sulfure est généralement compris entre 0,01 et 5 % en masse de métal sur le photocatalyseur, de manière préférée comprise entre 0,1 et 2 % en métal. In general, it is desired to obtain small particle sizes that make it possible to increase the surface / volume ratio in order to obtain a large surface area available for the photogenerated reactive species. The specific surface area of the particles is generally between 10 and 150 m 2 / g. Alternatively, the photocatalyst may further comprise at least one Group VIII metal and / or Group IB in its metal, oxide or sulfide form. In the case where two metals are present, they can be in the form of an alloy. Preferably, the group VIII and / or IB group metal is chosen from platinum, palladium, gold, nickel, cobalt, ruthenium, rhodium or chromium in their metallic form or else from oxides. NiO x , RuO x , Cr 2 0 3, CoO and Co 3 0 4 The content of the metal of group VIII and / or of group IB in its metallic, oxide or sulphide form is generally between 0.01 and 5% by mass metal on the photocatalyst, preferably between 0.1 and 2% metal.
Le photocatalyseur peut être préparé selon tout mode de préparation connu de l'homme du métier.  The photocatalyst may be prepared according to any method of preparation known to those skilled in the art.
Etape d) : Séparation de l'hydrogène produit Step d): Separation of hydrogen produced
Selon l'étape d) du procédé selon l'invention, on effectue une séparation gaz/liquide de l'effluent obtenue à l'étape c) de manière à récupérer une fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène et une fraction liquide comprenant des polysulfures, la fraction liquide étant au moins en partie recyclée à l'étape a).  According to step d) of the process according to the invention, a gas / liquid separation of the effluent obtained in step c) is carried out so as to recover a gaseous fraction comprising hydrogen and a liquid fraction comprising polysulfides. the liquid fraction being at least partly recycled in step a).
De préférence, cette séparation est effectuée dans un ballon séparateur gaz/ liquide. This separation is preferably carried out in a gas / liquid separator flask.
Cette séparation permet d'extraire l'hydrogène produit lors de la réaction de photocatalyse c).  This separation makes it possible to extract the hydrogen produced during the photocatalysis reaction c).
Cette étape permet de produire de l'hydrogène très pur. Généralement, l'hydrogène produit a une pureté supérieure à 99 %, de préférence supérieure à 99,9%. Généralement, l'hydrogène a une pureté de 100%.  This step makes it possible to produce very pure hydrogen. Generally, the hydrogen produced has a purity greater than 99%, preferably greater than 99.9%. Generally, hydrogen has a purity of 100%.
L'hydrogène ainsi produit peut être par exemple utilisé en tant que carburant pour les moteurs à combustion interne, pour la génération d'énergie électrique dans des piles à combustible ou encore comme appoint en hydrogène de haute pureté pour les procédés d'hydrotraitement ou d'hydroconversion hautement consommateurs de ce gaz dans les raffineries existantes.  The hydrogen thus produced can be used, for example, as a fuel for internal combustion engines, for the generation of electric energy in fuel cells, or as a supplement for high purity hydrogen for hydrotreatment processes. highly efficient hydroconversion of this gas in existing refineries.
Lorsqu'on souhaite utiliser l'hydrogène pour des applications dans la raffinerie, et on opère à pression atmosphérique dans l'étape photocatalytique, l'hydrogène doit être récompressé avant son introduction dans le réseau d'hydrogène de la raffinerie.  When it is desired to use hydrogen for applications in the refinery, and operates at atmospheric pressure in the photocatalytic stage, the hydrogen must be recompressed before its introduction into the hydrogen network of the refinery.
Lorsqu'on souhaite utiliser l'hydrogène pour des applications dans la raffinerie, et on opère à une pression supérieure à la pression atmosphérique dans l'étape photocatalytique c), et notamment à une pression entre 2 MPa et 3 MPa (20 et 30 bar), la fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène peut être directement recyclée dans le réseau d'hydrogène de la raffinerie. When it is desired to use hydrogen for applications in the refinery, and operates at a pressure above atmospheric pressure in the stage photocatalytic c), and especially at a pressure between 2 MPa and 3 MPa (20 and 30 bar), the gaseous fraction comprising hydrogen can be directly recycled into the hydrogen network of the refinery.
Selon l'étape d) du procédé selon l'invention, la fraction liquide comprenant les polysulfures est au moins en partie, de préférence en totalité, recyclée à l'étape a). La mise en contact de ladite fraction liquide avec la charge gazeuse comprenant de l'hydrogène sulfuré dans la zone de mise en contact de l'étape a) provoque la précipitation du soufre par décomposition des polysulfures. According to step d) of the process according to the invention, the liquid fraction comprising the polysulfides is at least partly, preferably entirely, recycled in step a). Contacting said liquid fraction with the gaseous feedstock comprising hydrogen sulfide in the contacting zone of step a) causes the precipitation of sulfur by decomposition of the polysulfides.
En effet l'hydrogène sulfuré contenu dans la charge est un composé acide qui fait précipiter le soufre élémentaire par décomposition des polysulfures maintenus sous forme liquide dans la fraction liquide recyclée par un pH plus élevé (grâce au dégazage de l'H2S lors de l'étape b). In fact, the hydrogen sulphide contained in the feedstock is an acid compound which precipitates the elemental sulfur by decomposing the polysulfides maintained in liquid form in the liquid fraction recycled at a higher pH (thanks to the degassing of the H 2 S during step b).
Au besoin, un autre composé acide, tel que l'acide chlorique, l'acide sulfurique ou l'acide phosphorique peut être ajouté en plus de la charge comprenant l'hydrogène sulfuré afin de précipiter les polysulfures contenus dans la fraction liquide recyclée.  If necessary, another acidic compound such as chloric acid, sulfuric acid or phosphoric acid may be added in addition to the hydrogen sulfide feed to precipitate the polysulfides contained in the recycled liquid fraction.
L'échangeur dans lequel est effectué la mise en contact de l'étape a) va se charger progressivement en soufre solide, affectant l'opération part notamment une perte de charge. The exchanger in which the contacting of step a) is carried out will progressively be loaded into solid sulfur, affecting the operation, in particular a loss of charge.
Lorsque l'échangeur utilisé pour la mise en contact de l'étape a) est chargé en soufre, on déconnecte cet échangeur et on réalise l'étape a) dans l'autre échangeur de chaleur.  When the exchanger used for the contacting of step a) is charged with sulfur, this exchanger is disconnected and step a) is carried out in the other heat exchanger.
Le basculement de l'échangeur chargé en soufre à un autre échangeur est généralement effectué par un jeu de vannes aux niveaux de l'entrée de la charge gazeuse, l'entrée de la solution aqueuse basique et l'évacuation de la solution aqueuse basique.  The switching of the exchanger charged with sulfur to another exchanger is generally carried out by a set of valves at the inlet of the gaseous feed, the entry of the basic aqueous solution and the evacuation of the basic aqueous solution.
L'échangeur chargé en soufre est ensuite vidé de son contenu liquide, puis on injecte dans cet échangeur de chaleur un fluide à une température supérieure à la température de fusion du soufre (température de fusion entre 1 12,8 ° C et 1 19 °C selon la nature du soufre élémentaire d'après CRC Handbook of Chemistry and Physics, éditeur CRC press, rédacteur en chef D.R. Lide, 81 ème édition, 2000- 2001 ); Ensuite on évacue le soufre liquide de cet échangeur de chaleur. The exchanger charged with sulfur is then emptied of its liquid content, and then a fluid is injected into this heat exchanger at a temperature above the melting temperature of the sulfur (melt temperature between 12.8 ° C. and 19 ° C. C according to the nature of elemental sulfur according to CRC Handbook of Chemistry and Physics, publisher CRC press, editor-in-chief DR Lide, 81 st edition, 2000-2001); Then the liquid sulfur is removed from this heat exchanger.
De préférence, le fluide injecté est de la vapeur d'eau.  Preferably, the injected fluid is water vapor.
Selon une variante préférée selon laquelle on utilise des échangeurs de chaleur de type « tubes calandre », on injecte le fluide dans le faisceau de tubes de l'échangeur chargé de soufre déconnecté permettant de faire fondre le soufre, lequel est récupéré sous forme liquide par une sortie de la calandre. L'injection du fluide est alors opérée dans des tubes de l'échangeur par échange thermique pour que le soufre devienne liquide et soit à son tour évacuable de la capacité de l'échangeur. L'échangeur nettoyé retrouve son opérabilité, le soufre évacué se resolidifie à température ambiante et est par exemple valorisable comme tel (engrais...).  According to a preferred variant according to which "shell-and-tube" heat exchangers are used, the fluid is injected into the tube bundle of the disconnected sulfur-charged exchanger for melting the sulfur, which is recovered in liquid form by an exit from the grille. The injection of the fluid is then operated in heat exchange tubes of the exchanger so that the sulfur becomes liquid and is in turn evacuable from the capacity of the exchanger. The cleaned exchanger regains its operability, the evacuated sulfur resolidifies at room temperature and is for example recoverable as such (fertilizer ...).
La figure 1 présente schématiquement une variante préférée du procédé selon l'invention. Figure 1 schematically shows a preferred variant of the method according to the invention.
Le procédé est composé en entrée de deux échangeurs de chaleur (2) et (4) pour traiter la charge comprenant l'hydrogène sulfuré. Ceux-ci assurent également le rôle de décanteurs (précipitation des polysulfures). Pendant que l'un est en fonctionnement, le second est en régénération et vice-versa. On introduit dans la calandre d'un premier échangeur (2) la charge gazeuse comprenant l'hydrogène sulfuré (6), la solution aqueuse basique (8) et la fraction liquide comprenant des polysulfures (30) produite à l'étape d). Les solutions liquides viennent remplir la capacité de l'échangeur dans sa partie calandre. Une entrée de la charge est de préférence positionnée au fond de cette calandre pour assurer un échange gaz/liquide maximal. La mise en contact de la charge contenant de l'H2S (6) et la solution aqueuse basique (8) dans l'échangeur (2) a pour objectif de maximiser la dissolution de l'H2S sous forme ionique en ajustant la pression et les débits de circulation. L'effluent du premier échangeur (2) est amené via la ligne (10) dans un ballon séparateur gaz/liquide (12) dans lequel on effectue une séparation gaz/liquide de l'effluent obtenu à l'étape a) de manière à récupérer une fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène sulfuré non dissout (14) et une fraction liquide comprenant l'hydrogène sulfuré sous forme ionique (16). La fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène sulfuré (14) est recyclée dans l'échangeur (2), optionnellement après avoir été récompressée dans le compresseur (18). La fraction liquide comprenant l'hydrogène sulfuré sous forme ionique (16) est amenée au réacteur photocatalytique (20) dans lequel on met en contact la fraction liquide comprenant l'hydrogène sulfuré sous forme ionique issue de l'étape b) avec un photocatalyseur en présence d'une source de rayonnement émettant au moins dans une gamme de longueur d'onde supérieure à 280 nm, par exemple la lumière solaire (22), de manière à produire une fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène et une fraction liquide comprenant des polysulfures. Au besoin, un appoint de solution aqueuse basique (17) peut être injecté avec la fraction liquide comprenant l'hydrogène sulfuré sous forme ionique issue de l'étape b) dans le réacteur photocatalytique. Ceci permet la régulation du pH à une valeur comprise entre 10 et 13, évitant ainsi toute précipitation prématurée des polysulfures dans le réacteur photocatalytique. The process is composed at the inlet of two heat exchangers (2) and (4) for treating the feedstock comprising hydrogen sulfide. These also act as decanters (precipitation of polysulfides). While one is running, the second is in regeneration and vice versa. The gaseous feedstock comprising hydrogen sulfide (6), the basic aqueous solution (8) and the liquid fraction comprising polysulfides (30) produced in step d) are introduced into the calender of a first exchanger (2). The liquid solutions fill the capacity of the exchanger in its shell part. An inlet of the charge is preferably positioned at the bottom of this calender to ensure maximum gas / liquid exchange. The contacting of the charge containing H 2 S (6) and the basic aqueous solution (8) in the exchanger (2) has the objective of maximizing the dissolution of the H 2 S in ionic form by adjusting pressure and flow rates. The effluent from the first exchanger (2) is fed via the line (10) into a gas / liquid separator tank (12) in which a gas / liquid separation of the effluent obtained in step a) is carried out so as to recovering a gaseous fraction comprising undissolved hydrogen sulphide (14) and a liquid fraction comprising hydrogen sulphide in ionic form (16). The gaseous fraction comprising hydrogen sulfide (14) is recycled to the exchanger (2), optionally after having been recompressed in the compressor (18). Fraction liquid comprising hydrogen sulphide in ionic form (16) is fed to the photocatalytic reactor (20) in which the liquid fraction comprising hydrogen sulphide in ionic form resulting from step b) is brought into contact with a photocatalyst in the presence of a radiation source emitting at least in a wavelength range greater than 280 nm, for example sunlight (22), so as to produce a gaseous fraction comprising hydrogen and a liquid fraction comprising polysulfides. If necessary, an addition of basic aqueous solution (17) may be injected with the liquid fraction comprising hydrogen sulphide ion form from step b) in the photocatalytic reactor. This allows the regulation of the pH to a value between 10 and 13, thus avoiding any premature precipitation of the polysulfides in the photocatalytic reactor.
L'effluent du réacteur photocatalytique contenant la fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène et la fraction liquide comprenant des polysulfures est amené via la ligne (24) dans un ballon séparateur gaz/liquide (26) dans lequel on effectue une séparation gaz/liquide de l'effluent obtenue à l'étape c) de manière à récupérer une fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène (28) et une fraction liquide comprenant des polysulfures (30). Selon l'utilisation de l'hydrogène produit, celui-ci peut être recompressé dans le compresseur (32) afin d'atteindre par exemple la pression nécessaire pour une application en raffinerie, telles que dans l'hydrotraitement et /ou l'hydroconversion.  The effluent from the photocatalytic reactor containing the gaseous fraction comprising hydrogen and the liquid fraction comprising polysulfides is fed via line (24) into a gas / liquid separator tank (26) in which a gas / liquid separation is carried out. the effluent obtained in step c) so as to recover a gaseous fraction comprising hydrogen (28) and a liquid fraction comprising polysulfides (30). Depending on the use of the hydrogen produced, it can be recompressed in the compressor (32) in order to achieve, for example, the pressure necessary for application in a refinery, such as in hydrotreating and / or hydroconversion.
La fraction liquide comprenant les polysulfures (30) issue de l'étape d) est recyclée via une pompe (34) dans l'échangeur (2) de l'étape a). L'introduction de la charge comprenant de l'hydrogène sulfuré (6) en tant que composé acide fait précipiter le soufre élémentaire par décomposition des polysulfures contenus dans la fraction recyclée qui se dépose dans la calandre de l'échangeur (2). L'échangeur (2) se charge ainsi progressivement avec du soufre. Une fois que l'échangeur (2) est chargé en soufre, on permute les échangeurs en mettant en service l'autre échangeur (4) pour la mise en contact de l'étape a), tandis que l'échangeur chargé en soufre (2) est déconnecté. Le basculement de l'échangeur chargé en soufre (2) à un autre échangeur (4) est généralement effectué par un jeu de vannes aux niveaux de l'entrée de la charge gazeuse (36), l'entrée de la solution aqueuse basique (38) et l'évacuation de la solution aqueuse basique (40) (l'échangeur (4) étant identique à l'échangeur (2), les signes de références sont indiqués par un apostrophe « '»). The liquid fraction comprising the polysulfides (30) from step d) is recycled via a pump (34) into the exchanger (2) of step a). The introduction of the feedstock comprising hydrogen sulphide (6) as an acidic compound precipitates the elemental sulfur by decomposition of the polysulfides contained in the recycled fraction which is deposited in the shell of the exchanger (2). The exchanger (2) is thus gradually loaded with sulfur. Once the exchanger (2) is charged with sulfur, the exchangers are exchanged by putting into service the other exchanger (4) for contacting step a), while the exchanger charged with sulfur ( 2) is offline. The tilting of the sulfur-filled exchanger (2) to another exchanger (4) is generally effected by a set of valves at the inlet of the gaseous feed (36), the entry of the basic aqueous solution ( 38) and the evacuation of the basic aqueous solution (40) (the exchanger (4) being identical to the exchanger (2), the reference signs are indicated by an apostrophe "'").
Afin de récupérer le soufre contenu dans la calandre de l'échangeur chargé en soufre (2), celui-ci est vidé de son contenu liquide par la vanne (42). Puis, on injecte dans le faisceau de tubes de l'échangeur chargé de soufre déconnecté (2) un fluide (44) à une température supérieure à la température de fusion du soufre permettant de faire fondre le soufre, de préférence de la vapeur d'eau. Ce fluide est évacué par la ligne (46). L'injection du fluide (44) fait alors fondre le soufre par échange thermique, lequel est évacué par la vanne (42). Le soufre évacué (48) se resolidifie à température ambiante. L'échangeur (2) est ainsi nettoyé et peut être reconnecté pour la mise en contact de l'étape a) dès que l'autre échangeur (4) est chargé en soufre. In order to recover the sulfur contained in the shell of the exchanger loaded with sulfur (2), it is emptied of its liquid content by the valve (42). Then, a fluid (44) is injected into the tube bundle of the disconnected sulfur-charged exchanger (2) at a temperature above the melting temperature of the sulfur to melt the sulfur, preferably steam. water. This fluid is evacuated by the line (46). The injection of the fluid (44) then melts the sulfur by heat exchange, which is removed by the valve (42). The evacuated sulfur (48) resolidifies at room temperature. The exchanger (2) is thus cleaned and can be reconnected for contacting step a) as soon as the other exchanger (4) is charged with sulfur.

Claims

REVENDICATIONS Procédé de production d'hydrogène et de soufre à partir d'une charge gazeuse comprenant de l'hydrogène sulfuré, comprenant les étapes suivantes: Claims A process for producing hydrogen and sulfur from a gaseous feedstock comprising hydrogen sulfide, comprising the steps of:
a) on met en contact une charge gazeuse comprenant de l'hydrogène sulfuré H2S avec une solution aqueuse basique et une fraction liquide comprenant des polysulfures produite à l'étape d) dans une zone de mise en contact de manière à dissoudre au moins une partie de l'hydrogène sulfuré H2S sous forme ionique, et de manière à provoquer la précipitation de soufre par décomposition des polysulfures, a) a gaseous feedstock comprising hydrogen sulfide H 2 S is contacted with a basic aqueous solution and a liquid fraction comprising polysulfides produced in step d) in a contacting zone so as to dissolve at least one a part of hydrogen sulphide H 2 S in ionic form, and so as to cause the precipitation of sulfur by decomposition of polysulfides,
b) on effectue une séparation gaz/liquide de l'effluent obtenu à l'étape a) de manière à récupérer une fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène sulfuré et une fraction liquide comprenant l'hydrogène sulfuré sous forme ionique,  b) a gas / liquid separation of the effluent obtained in step a) is carried out so as to recover a gaseous fraction comprising hydrogen sulphide and a liquid fraction comprising hydrogen sulphide in ionic form,
c) on met en contact au moins une partie de la fraction liquide comprenant l'hydrogène sulfuré sous forme ionique issue de l'étape b) avec un photocatalyseur en présence d'une source de rayonnement émettant au moins dans une gamme de longueur d'onde supérieure à 280 nm, de manière à produire une fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène et une fraction liquide comprenant des polysulfures,  c) at least a portion of the liquid fraction comprising the hydrogen sulphide in ionic form resulting from step b) is brought into contact with a photocatalyst in the presence of a radiation source emitting at least in a range of lengths of wave above 280 nm, so as to produce a gaseous fraction comprising hydrogen and a liquid fraction comprising polysulfides,
d) on effectue une séparation gaz/liquide de l'effluent obtenue à l'étape c) de manière à récupérer une fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène et une fraction liquide comprenant des polysulfures, la fraction liquide étant au moins en partie recyclée à l'étape a),  d) a gas / liquid separation of the effluent obtained in step c) is carried out so as to recover a gaseous fraction comprising hydrogen and a liquid fraction comprising polysulfides, the liquid fraction being at least partially recycled to step a),
ledit procédé étant caractérisé en ce que ladite zone de mise en contact dans l'étape a) comprend au moins un premier et un deuxième échangeurs de chaleur, l'étape a) est réalisée dans le premier échangeur de chaleur, puis lorsque le premier échangeur de chaleur est chargé en soufre, on déconnecte le premier échangeur et on réalise l'étape a) dans le deuxième échangeur de chaleur, on vide le premier échangeur de chaleur de son contenu liquide, on injecte un fluide dans le premier échangeur de chaleur à une température supérieure à la température de fusion du soufre, et on évacue le soufre liquide du premier échangeur de chaleur. said method being characterized in that said contacting zone in step a) comprises at least a first and a second heat exchanger, step a) is carried out in the first heat exchanger, and then when the first exchanger of heat is charged with sulfur, the first exchanger is disconnected and step a) is carried out in the second heat exchanger, the first heat exchanger is emptied of its liquid content, a fluid is injected into the first heat exchanger at a temperature above the melting temperature of the sulfur, and the liquid sulfur is removed from the first heat exchanger.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel le premier échangeur de chaleur fonctionne en alternance avec le deuxième échangeur de chaleur. 2. Method according to claim 1, wherein the first heat exchanger operates alternately with the second heat exchanger.
3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, dans lequel le fluide traverse l'échangeur de chaleur dans un premier circuit, la mise en contact de l'étape a) étant effectuée dans un deuxième circuit, le premier circuit étant adapté à échanger de la chaleur avec le deuxième circuit. 3. Method according to claims 1 or 2, wherein the fluid passes through the heat exchanger in a first circuit, the contacting of step a) being performed in a second circuit, the first circuit being adapted to exchange the heat with the second circuit.
4. Procédé selon les revendications 1 à 3, dans lequel le pH dans l'étape a) est compris entre 7 et 9. 4. Process according to claims 1 to 3, wherein the pH in step a) is between 7 and 9.
5. Procédé selon les revendications 1 à 4, dans lequel le pH dans l'étape c) est compris entre 10 et 13. 5. Process according to claims 1 to 4, wherein the pH in step c) is between 10 and 13.
6. Procédé selon les revendications 1 à 5, dans lequel la solution aqueuse basique est choisie parmi une solution aqueuse d'hydroxyde de potassium (KOH), d'hydroxyde de sodium (NaOH) ou d'un mélange des deux. The process according to claims 1 to 5, wherein the basic aqueous solution is selected from aqueous potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH) or a mixture of both.
7. Procédé selon les revendications 1 à 6, dans lequel la charge comprenant de l'hydrogène sulfuré est un effluent provenant d'un lavage aux aminés. The process of claims 1 to 6, wherein the feedstock comprising hydrogen sulfide is an effluent from an amine wash.
8. Procédé selon les revendications 1 à 7, dans lequel la source de rayonnement dans l'étape c) est la lumière naturelle du soleil. The method of claims 1 to 7, wherein the radiation source in step c) is natural sunlight.
9. Procédé selon les revendications 1 à 8, dans lequel la fraction gazeuse comprenant de l'hydrogène sulfuré issu de la séparation gaz/liquide de l'étape b) est recyclée dans l'échangeur dans lequel la mise en contact de l'étape a) est effectuée. 9. Process according to claims 1 to 8, wherein the gaseous fraction comprising hydrogen sulfide from the gas / liquid separation of step b) is recycled to the exchanger in which the contacting of the step a) is performed.
10. Procédé selon les revendications 1 à 9, dans lequel le fluide injecté est de la vapeur d'eau. 10. Process according to claims 1 to 9, wherein the injected fluid is water vapor.
1 1 . Procédé selon les revendications 1 à 10, dans lequel la mise en contact selon l'étape a) est effectuée à une température comprise entre la température ambiante et 100°C et à une pression comprise entrela pression atmosphérique et 3 MPa (30 bar). 1 1. Process according to claims 1 to 10, wherein the contacting according to step a) is carried out at a temperature comprised between the temperature ambient and 100 ° C and at a pressure between atmospheric pressure and 3 MPa (30 bar).
12. Procédé selon les revendications 1 à 1 1 , dans lequel l'étape photocatalytique c) de production d'hydrogène est effectuée à une température comprise entre la température ambiante et 100° C, et à une pression comprise entre la pression atmosphérique et 3 MPa (30 bar). 12. Process according to claims 1 to 1 1, wherein the photocatalytic step c) of hydrogen production is carried out at a temperature between room temperature and 100 ° C, and at a pressure between atmospheric pressure and 3 ° C. MPa (30 bar).
13. Procédé selon les revendications 1 à 12, dans lequel le photocatalyseur est une composition comprenant un mélange de sulfure de zinc (ZnS) et de sulfure de molybdène (MoSx), et dans laquelle le ratio molaire Mo/Zn est compris entre 0,01 et 1 ,9. 13. Process according to claims 1 to 12, in which the photocatalyst is a composition comprising a mixture of zinc sulphide (ZnS) and molybdenum sulphide (MoSx), and in which the molar ratio Mo / Zn is between 0, 01 and 1, 9.
14. Procédé selon les revendications 1 à 13, dans lequel le photocatalyseur est sous forme de nanoparticules dont la taille est inférieure à 1 μιτι. 14. The method of claims 1 to 13, wherein the photocatalyst is in the form of nanoparticles whose size is less than 1 μιτι.
15. Procédé selon les revendications 1 à 14, dans lequel le photocatalyseur comprend en outre au moins un métal du groupe VIII et/ou du groupe IB sous sa forme métallique, oxyde ou sulfure. The method of claims 1 to 14, wherein the photocatalyst further comprises at least one Group VIII and / or Group IB metal in its metal, oxide or sulfide form.
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