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Keywords:

  • electrochemistry;
  • pollutants and toxic agents;
  • environment;
  • oil;
  • gas and coal;
  • energy

Abstract

Geothermal brines associated with natural gas extraction present an environmental problem because of the need to avoid the escape of toxic and odorous hydrogen sulfide. In this work, carbon-based anodes (including graphite, granulated activated carbon (GAC), and industrial coke) were used in the electrochemical oxidation of sulfide ion in synthetic geothermal brines in both batch and flow cells, with a view to remediating this troublesome contaminant. Experiments were carried out in alkaline solution (to prevent volatilisation of H2S), in the absence or presence of added chloride ion and naphthenic acids (NAs). The product spread was variable due to the large number of competing reactions, including formation of polysulfide, oxidation to sulfate (either directly or via hypochlorination), sacrificial anode oxidation combined with sulfide trapping, and Kolbe oxidation of NAs combined with sulfide trapping. From the technological perspective, the product distribution is immaterial, because sour brines contain such high concentrations of inorganic and naphthenate salts that reinjection of the treated brine will always be required. The most efficient systems, on the basis of charge per mol sulfide remediated, employed packed bed reactors with ground coke or GAC anodes. In these reactors, the disappearance of sulfide ion was promoted, as expected, at low flow rate and high current. However, the packed beds were limited to low applied current, in order to avoid compromising the electrical conductivity of the anode bed by the production of gas (O2).

Les saumures géothermiques associées à l'extraction du gaz naturel présentent un problème environnemental à cause du besoin d'éviter l'échappement de sulfures d'hydrogène toxiques et malodorants. Dans cette étude, des anodes au carbone (y compris graphite, charbon actif en granulés et coke industriel) ont été utilisées pour l'oxydation électrochimique de l'ion sulfure dans des saumures géothermiques synthétiques, à la fois en lots et en cuves à flux continu, avec l'objectif d'éliminer ce contaminant ennuyeux. Des expérimentations ont été effectuées dans une solution alcaline (pour prévenir la volatilisation de H2S), en l'absence ou présence d'ions chlorures ajoutés et d'acides naphthéniques. La répartition du produit était variable en raison du grand nombre de réactions concurrentes, y compris la formation of polysulfide, l'oxydation en sulfates (soit directement, soit par hypochloration), l'oxydation de l'anode sacrificielle combinée à un piégeage du sulfure et une oxydation Kolbe d'acides naphthéniques combinée à un piégeage du sulfure. Dans cette perspective technologique, la distribution du produit est immatérielle car les saumures acides contiennent de telles fortes concentrations de sels inorganiques et naphthénates qu'une réinjection de la saumure traitée sera toujours requise. Les systèmes les plus efficients, sur la base d'une charge par mole de sulfure éliminée, employaient des réacteurs à lit fixe avec anodes à coke ou à carbon actif en granulés. Dans ces réacteurs, la disparition de l'ion sulfure était promue et attendue à un faible débit et fort courant. Cependant, les lits fixes étaient limités à un faible courant afin d'éviter de compromettre la conductivité électrique du lit anodique par la production de gaz (O2). © 2011 Canadian Society for Chemical Engineering