Les chercheurs de KAUST explorent les réactions chimiques complexes entre les impuretés du gaz naturel pour transformer l’un de ces contaminants en hydrogène, un carburant propre.
Transformation des impuretés du gaz naturel en hydrogène
Le gaz naturel, principalement composé de méthane, est une Source essentielle de carburant et de matière première chimique. Il est souvent contaminé par d’autres molécules. Le gaz naturel acide peut contenir jusqu’à 30 % de gaz acide, un mélange de dioxyde de carbone (CO2) et de sulfure d’hydrogène toxique (H2S), qui doit être éliminé par un processus appelé «édulcorant» avant que le méthane ne soit utilisé.
La méthode d’adoucissement des gaz la plus courante transforme le H2S en soufre et en eau. Cependant, le H2S pourrait également servir de Source d’hydrogène, un carburant vert capable de réduire les émissions de CO2 des véhicules et des processus industriels.
“ Le gaz acide a une faible valeur économique et se trouve couramment dans les puits de gaz saoudiens. La production d’hydrogène à partir de H2S en présence de CO2 pourrait changer la donne dans l’industrie pétrolière et gazière saoudienne », explique Aamir Farooq, qui a codirigé les recherches avec Mani Sarathy.
Différentes stratégies chimiques pourraient convertir le H2S en hydrogène, mais les ingénieurs chimistes doivent mieux comprendre comment l’interaction entre le H2S et le CO2 affecterait les processus. Si les molécules réagissent pour générer de l’eau, par exemple, cela pourrait réduire l’efficacité de la production d’hydrogène.
S’appuyant sur des études antérieures, l’équipe a développé un modèle théorique des réactions pouvant se produire lors du traitement des gaz acides. Ce modèle cinétique prédit la vitesse de chaque réaction et les sous-produits formés.
Validation expérimentale
Pour tester leur modèle, les chercheurs ont étudié ces réactions à l’aide d’un tube à choc basse pression. Ce tube en acier inoxydable de 18 mètres utilise une onde de choc sous pression pour chauffer rapidement des mélanges de H2S et de CO2 jusqu’à 1 600 °C. Quatre lasers infrarouges, chacun réglé sur une longueur d’onde caractéristique absorbée par les molécules clés du mélange réactionnel – dioxyde de soufre, eau, monoxyde de carbone et CO2 – ont surveillé les changements dans le mélange pendant quelques millisecondes.
Les chercheurs ont également développé une nouvelle technique thermométrique, basée sur les changements d’absorption infrarouge du CO2, pour mesurer la température du mélange. “ Grâce à notre nouvelle technique thermométrique et à notre modélisation haute fidélité, nos résultats expérimentaux correspondent remarquablement à notre modèle cinétique proposé, notamment pour prédire l’occurrence et le taux de formation d’espèces clés dans diverses conditions. », indique Ali Elkhazraji, premier auteur de l’article.
Une différence notable est que les expériences n’ont pas détecté de sulfure de carbonyle (COS), un précurseur du disulfure de carbone prédit par le modèle.
“ Comprendre ces réactions aidera à construire un modèle cinétique plus précis, qui pourrait être utilisé pour maximiser la production d’hydrogène en prédisant le rendement du produit, en trouvant des conditions de fonctionnement optimales et même en concevant de nouveaux processus avant de réaliser des expériences. “, explique Qi Wang, auteur correspondant de l’article.
L’équipe prévoit désormais d’appliquer le modèle aux processus industriels à grande échelle.
Légende de l’image : Des chercheurs de l’Université KAUST découvrent la possibilité d’utiliser les impuretés du gaz naturel comme Source d’hydrogène, un carburant vert qui peut réduire les émissions de dioxyde de carbone des véhicules et des processus industriels, qui contribuent au réchauffement climatique. @2024 KAUST.
Elkhazraji, A., Wang, Q., Monge-Palacios, M., Zou, J., Alshaarawi, A., Cavazos Sepulvedac, A., Sarathy, SM et Farooq, A. Oxydation du sulfure d’hydrogène et du CO2 mélanges : multi-spéciation et modélisation cinétique par laser. Journal de génie chimique 486, 150421 (2024).| Article
