Solubility and Diffusion Coefficient of Hydrogen Sulphide in Polyethylene Glycol 400 from 100 to 140°C

Solubilité et coefficient de diffusion du sulfure d'hydrogène dans le polyéthylène glycol 400 de 100 à 140 °C

Institut français du pétrole, IFP, Thermodynamic and Molecular Simulation Department, 1-4 avenue de Bois-Préau, 92852 Rueil-Malmaison Cedex, France

Corresponding authors: nicolas.ferrando@ifp.fr pascal.mougin@ifp.fr denis.defiolle@ifp.fr helene.vermesse@ifp.fr

Abstract

The limitation of greenhouse and sour gas emissions in the atmosphere, such as hydrogen sulphide, is nowadays a major preoccupation in industrial processes. In this context, the Clauspol process is a Claus tail gas treatment able to respond to this challenge of reaching high sulphur recovery. It consists of chemically converting H₂S and SO₂ into elementary sulphur in a polyethylene glycol 400 solvent. The optimisation of the process design requires a precise knowledge of both the solubility and diffusivity of these gases in this solvent. Hence, this work presents, in the case of H₂S, experimental measurements and modelling of these data in the process operating conditions. The solubility data are modelled by the Sanchez-Lacombe equation of state with a single temperatureindependent binary interaction coefficient. The diffusion coefficients are determined by applying the Infinite-Acting model to the experimental pressure decay curve. It is found to be inversely proportional to the viscosity of the solvent.

Résumé

La limitation des rejets de gaz à effet de serre et de gaz acides, comme le sulfure d'hydrogène, est désormais une préoccupation majeure lors de la conception de procédés industriels. Dans ce contexte, Clauspol est un procédé de traitement des gaz de queue du Claus qui répond à ce besoin en atteignant des taux de récupération en soufre élevés. Il consiste à convertir chimiquement H₂S et SO₂ en soufre élémentaire dans un solvant composé de polyéthylène glycol 400. L'optimisation de ce procédé requiert une connaissance précise de la solubilité et de la diffusivité des gaz dans ce solvant. Ainsi, ce travail présente dans le cas de H₂S des mesures expérimentales de ces grandeurs et leur modélisation dans les conditions opératoires du procédé. Les données de solubilité sont modélisées avec l'équation d'état de Sanchez-Lacombe avec un simple coefficient d'interaction binaire indépendant de la température. Les coefficients de diffusion sont déterminés en appliquant le modèle Infinite-Acting sur la courbe expérimentale de la chute de pression. Ils apparaissent être inversement proportionnels à la viscosité du solvant.