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Title: Characterization of ecuadorian ferruginous and titaniferous sands for hydrogen sulfide capture
Authors: Palma Cando, Alex Uriel
Ricaurte Fernández, Marvin José
Vera Cedeño, Dayanna Carolina
Keywords: Arenas negras
Sulfuro de hidrógeno
Lechos sólidos
Óxido de hierro
Óxido de titanio
Black sands
Hydrogen sulfide
Solid beds
Iron oxide
Titanium oxide
Issue Date: Apr-2020
Publisher: Universidad de Investigación de Tecnología Experimetal Yachay
Abstract: La extracción de petróleo y gas natural realizada por la industria de hidrocarburos libera gases ácidos; entre ellos: sulfuro de hidrógeno (H2S), metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). El H2S es un gas tóxico, corrosivo e inflamable. A altas concentraciones, este gas puede causar serios problemas de salud, e incluso la muerte. Por esta razón, se han diseñado varios métodos para atrapar H2S, entre ellos, la reacción de adsorción en lechos sólidos. Uno de los métodos más utilizados para la eliminación de H2S es el uso de SulfaTreat®, una arena sintética ecológica compuesta de óxido de hierro. Ecuador es un país rico en recursos mineralógicos. Las arenas negras, compuestas por minerales ferruginosos y titaníferos, muestran un alto contenido de óxidos de hierro y titanio. En este trabajo, se tomaron trece muestras de arena de diferentes áreas de Ecuador las cuales se secaron, etiquetaron y almacenaron para su posterior análisis y caracterización física y química. La caracterización de estas arenas se llevó a cabo mediante varios métodos: dispersión de luz dinámica (DLS), espectrofotometría de absorción atómica (AAS), espectroscopía de dispersión de energía (EDS) y difracción de rayos-X (XRD). El análisis XRD reveló que la mayoría de las muestras de arena presentan óxidos de silicio como: fases minerales de cuarzo, feldespatos, piroxenos y anfíboles. El análisis de DLS indicó que las muestras SXQ-102 y SYA-104 tienen un área superficial más grande, lo que reveló la alta capacidad de adsorción de estas arenas y su capacidad como buenos candidatos para la reactividad con H2S para fines de endulzamiento de gas natural. El análisis AAS reveló que las muestras de arena SXQ-102 y SYA-104 tienen un elevado porcentaje de hierro: 17.9 ± 0.7% y 13.2 ± 0.7%, respectivamente. El análisis semi-cuantitativo de EDS evidenció que las muestras de arena con el mayor porcentaje de óxidos de hierro y titanio en su composición son SXQ-102 y SYA-104, con 11.84 % Fe y 1.42 % Ti, y 6.91 % Fe y 1.25 % Ti, respectivamente. Las muestras con elevados porcentajes de hierro fueron enriquecidas magnéticamente, caracterizadas y reaccionadas con sulfuro de hidrógeno. Las arenas reaccionadas se caracterizaron por pruebas de pH, y las técnicas EDS y DRX mostrando claramente la absorción de azufre en las muestras. Después del análisis elemental EDS aparecieron azufre (S) y cloro (Cl), mientras que, el análisis DRX indicó la presencia de sulfuros de hierro y titanio, lo que confirma la reactividad de estas arenas con el H2S (g).
Description: Natural gas and oil extraction carried out by the hydrocarbon industry release acid gases; among them: hydrogen sulfide (H2S), methane (CH4) and carbon dioxide (CO2). H2S is a toxic, corrosive and flammable gas. At high concentrations, this gas can cause serious health problems and even death. For this reason, various methods for trapping H2S have been designed including adsorption reaction on solid beds. One of the most used methods for H2S removal is the use of SulfaTreat®, an environmentally friendly synthetic sand composed of iron oxide. Ecuador is a country rich in mineralogical resources. Black sands, composed by ferruginous and titaniferous minerals, show high content of iron and titanium oxides. In this work, thirteen sand samples were taken from different areas of Ecuador which, were dried, labeled, and stored for further physical and chemical analysis and characterization. The characterization of these sands was carried out through several methods: Dynamic Light Scattering (DLS), Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), and X-Ray Diffraction (XRD). XRD analysis revealed most sand samples present silicon oxides as: Quartz, Feldspars, Pyroxenes, and Amphiboles mineral phases. DLS analysis indicated samples SXQ-102 and SYA-104 have a bigger surface area, that revealed the high adsorption capacity of these sands and its ability as good candidates for reactivity with H2S for natural gas sweetening purposes. AAS analysis revealed sand samples SXQ-102 and SYA-104 have an elevated percentage of Iron:17.9 ±0.7% and 13.2 ±0.7%, respectively. EDS semi-quantitative analysis evidenced that sand samples with the highest percentage of iron and titanium oxides in their composition are SXQ-102 and SYA-104, with 11.84 % Fe and 1.42 % Ti, and 6.91 % Fe and 1.25 % Ti, respectively. Samples with an elevated percentage of iron were magnetically enriched, characterized and reacted with hydrogen sulfide. Reacted sands were characterized by pH test, EDS and XRD techniques clearly pointing out for the absorption of sulfur in the samples. After EDS elemental analysis sulfur (S) and chlorine (Cl) appeared; while, XRD analysis indicated the presence of iron and titanium sulfides, which confirm the reactivity of these sands with the H2S (g).
URI: http://repositorio.yachaytech.edu.ec/handle/123456789/169
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