Etude de la formation de sulfures de fer pyrophoriques dans les procédés de désulfuration des gaz renouvelables
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IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : Mobilité Durable, Energies Nouvelles, Climat / Environnement / Economie circulaire et Hydrocarbures Responsables.
Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :
- l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
- la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.
Partie intégrante d’IFPEN, l’école d’ingénieurs IFP School prépare les générations futures à relever ces défis.
Etude de la formation de sulfures de fer pyrophoriques dans les procédés de désulfuration des gaz renouvelables
Dans le contexte du réchauffement climatique, la réduction de l’utilisation des énergies fossiles est indispensable pour limiter les émissions de gaz à effet de serre. Selon les prévisions de l’Agence Internationale de l’Energie, la production de biogaz issu de la méthanisation des déchets organiques devrait augmenter à l’échelle mondiale. Le biogaz est un mélange gazeux constitué majoritairement de CH4 (50-70%) et de CO2 (30-50%), contenant également des traces d’O2, d’H2S, d’eau et d’autres composés organiques volatiles. En raison de la présence de ces impuretés, le biogaz ne peut pas être valorisé directement et nécessite une ou plusieurs étapes de purification.
Les teneurs en H2S dans le biogaz varient selon la source (0.005 - 1%). Parmi les principales technologies de désulfuration, telles que l’absorption, le traitement biologique et l’adsorption sur des matériaux solides, l’adsorption présente des avantages en termes de simplicité d’installation et d’exploitation avec des coûts réduits pour les effluents à faibles teneurs en H2S, ainsi qu’une élimination profonde pouvant atteindre 1 ppmv H2S.
Parmi les oxydes métalliques, les solides à base d’oxydes de fer sont particulièrement intéressants en raison de leur faible coût, de leurs bonnes capacités d’adsorption, et de leurs faibles températures de fonctionnement. Au cours de la désulfuration, plusieurs réactions peuvent se produire, conduisant à la formation de différentes phases sulfurées, notamment des sulfures et des sulfates de fer. Les sulfures de fer sont connus, notamment dans le domaine de la corrosion, pour leur caractère potentiellement pyrophorique. Lors de la mise à l’air des solides usés, leur oxydation rapide peut provoquer un dégagement important de chaleur et entraîner un auto-échauffement, voire un risque d’inflammation. Il est donc primordial de mieux comprendre les mécanismes de réaction de l’H2S avec les oxydes de fer et de réoxydation des phases sulfurées, afin de contrôler la formation des sulfures de fer et de sécuriser le déchargement, la manipulation et le traitement des solides usés.
Description du projet :
Le stage proposé vise à élucider les mécanismes d’adsorption et de réaction de l’H₂S sur des solides à base d’oxydes de fer utilisés pour la désulfuration de gaz renouvelables. Des solides modèles seront préparés afin d’étudier l’influence de la nature de la phase d’oxyde de fer, telle que l’hématite (α-Fe2O3), la goethite (α-FeOOH), etc., ainsi que de leurs principales caractéristiques physico-chimiques, notamment la composition, la structure et la texture, sur les mécanismes de formation et la distribution des différents sulfures de fer.
Une approche expérimentale multitechnique, combinant la spectroscopie Raman, la diffraction des rayons X et des études cinétiques sera mise en œuvre pour identifier les phases formées, élucider les voies réactionnelles et déterminer l’influence de la nature et de la composition des oxydes et sulfures de fer sur la réoxydation des solides usés et l’auto-échauffement associé.
Profil recherché :
Etudiant(e) de Master 2 (chimie, matériaux, physico-chimie, génie chimique) ou en dernière année d’école d’ingénieur avec un goût pour l’expérimentation et la caractérisation des matériaux.
Master 2 sciences chimiques
Sciences des matériaux
Physico-chimie
Ecole d’ingénieur spécialisation en chimie
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