一种媒介体辅助的电化学分解硫化氢偶联产生L-半胱氨酸的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种媒介体辅助的电化学分解硫化氢偶联产生L

【技术实现步骤摘要】
一种媒介体辅助的电化学分解硫化氢偶联产生L
‑
半胱氨酸的方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种媒介体辅助的电化学分解硫化氢偶联产生L
‑
半胱氨酸的方法及装置，属于废弃物回收利用领域。

技术介绍

[0002]硫化氢是一种有害气体，大量存在于煤层气，页岩气和天然气中，同时产生于石油炼制和天然气加工等化工过程中。目前工业上主要采用克劳斯(Claus)工艺解决硫化氢的问题。具体原理如下：
[0003]H2S+3/2O2→
SO2+H2O
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0004]2H2S+SO2→
2H2O+3/xS
x
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0005]传统的克劳斯工艺可以将硫化氢部分氧化生成水和硫磺。尽管该工艺可以有效地回收硫化氢中的硫，但是硫化氢中含有的氢被氧化成水而浪费。前期专利专利技术人提出了一种媒介体辅助硫化氢全分解制取硫磺和氢气的方法(CN107815698B)，有效解决了传统克劳斯工艺硫化氢中氢被浪费的问题。然而，在化工领域，生成的氢气进一步利用仍需要大量的能耗，同时氢气易燃易爆特性，给其运输和储存带来严重的挑战。因此，开发在硫化氢分解的过程中直接实现质子的有效利用的新工艺具有重要的实用意义。
[0006]L
‑
半胱氨酸是一种重要的工业原料，广泛应用于医药、化妆品和食品等领域。目前，电化学方法因其能够产生高纯度的L
‑
半胱氨酸而被工业界广泛使用。在电化学方法操作过程中，阴极还原胱氨酸生成L
‑
半胱氨酸，阳极氧化水产生氧气和质子，质子为胱氨酸阴极还原提供氢源。然而，阳极产物不但在生成的过程中具有较慢的动力学特性，极大的增加了耗能，而且其工业附加值较低。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术将硫化氢分解与胱氨酸还原相耦合，能够将硫化氢和胱氨酸同时转化为高附加值的产物，胱氨酸还原为L
‑
半胱氨酸，硫化氢氧化为硫磺，不但有效解决了硫化氢中氢浪费的问题，而且克服了胱氨酸还原高能耗的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0009]本专利技术一方面提供一种媒介体辅助的电化学分解硫化氢偶联产生L
‑
半胱氨酸的方法，包括以下步骤：
[0010]含有胱氨酸的溶液在电化学反应池阴极还原得到L
‑
半胱氨酸，含有还原态媒介体的溶液在电化学反应池阳极氧化得到媒介体氧化态电解液；
[0011]将所述媒介体氧化态电解液与含有硫化氢的气体接触，得到硫单质、含有质子和还原态媒介体的混合物；
[0012]其中，所述含有质子和还原态媒介体的混合物返回至所述电化学反应池阳极进行循环。
[0013]优选地，媒介体选自Ce
3+
/Ce
4+
，VO
2+
/VO
2+
，I
‑
/I3‑
，Fe
2+
/Fe
3+
，四氢喹啉/喹啉，磷钼酸/磷钼酸钠中的至少一种；所述媒介体的摩尔浓度为0.1～3mol/L。
[0014]优选地，所述电化学反应池阴极的电化学反应催化剂包括金属Pb、Cu、Ag、Sn、Ti及其合金PbCu、PbAg、PbSn、CuAg、SnAg中的至少一种；
[0015]所述电化学反应池阳极的电化学反应催化剂包括Ti、活性炭、石墨、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。
[0016]优选地，所述电化学反应池中支持电解质独立的选自HNO3、H2SO4、HCl、HClO4中的至少一种；
[0017]所述支持电解质的摩尔浓度为1
×
10
‑3～10mol/L。
[0018]优选地，所述电化学反应池阴极的胱氨酸的浓度为0.01～1.5mol/L。
[0019]优选地，其特征在于，所述含有硫化氢的气体中硫化氢的体积浓度为5％～100％。
[0020]优选地，在所述电化学反应池阳极和阴极间施加的电压为0.5～5V。
[0021]优选地，所述电压为直流电压。
[0022]本专利技术另一方面提供一种上述的方法所用装置，包括电化学反应池和H2S吸收塔；
[0023]所述电化学反应池包括阳极室和阴极室，阳极室和阴极室之间通过隔膜分隔；所述阳极室的出液口与所述硫化氢吸收塔的进液口管路连接；所述阳极室的进液口与所述硫化氢吸收塔的出液口管路连接。
[0024]优选地，所述隔膜为Nafion隔膜或多孔陶瓷隔膜，所述隔膜的孔隙为0.1～300微米。
[0025]优选地，所述硫化氢吸收塔内沿纵向间隔设置有多层筛板；所述筛板为石英砂筛板，所述石英砂筛板的孔隙直径为50～450微米。
[0026]本专利技术涉及一种媒介体辅助的电化学分解硫化氢偶联产生L
‑
半胱氨酸的方法及装置。在本专利技术中，将胱氨酸和硫化氢转化为高附加值产品的方法分两步进行。第一步在电化学反应池内完成，电化学反应池的阳极室和阴极室采用隔膜隔离；通过在阴极进行的电催化还原反应将胱氨酸转化为L
‑
半胱氨酸，同时在阳极得到媒介体氧化态电解液。第二步在吸收塔内进行，媒介体氧化态电解液被泵传送到硫化氢吸收塔与硫化氢反应得到硫磺和质子，硫磺被分离回收，质子和还原态的媒介体再被泵传送到电化学反应池阳极完成循环。
[0027]本专利技术中，“电化学反应池阳极”“电化学反应池阳极室”，均指包括电解装置的阳极区域、容纳于该阳极区域内的电解液以及插入电解液中的阳极。“电化学反应池阴极”“电化学反应池阴极室”，均是指包括电解装置的阴极区域、容纳于该阴极区域内的电解液以及插入电解液中的阴极。“还原态媒介体”“氧化态媒介体”分别指媒介体还原和氧化状态，如媒介体Fe
2+
/Fe
3+
，Fe
2+
为“还原态媒介体”，Fe
3+
为“氧化态媒介体”。“媒介体氧化态电解液”“媒介体还原态电解液”分别指含有氧化态媒介体和还原态媒介体的电解液。
[0028]本专利技术的有益效果为：
[0029](1)本专利技术所提供的一种媒介体辅助的电化学分解硫化氢偶联产生L
‑
半胱氨酸的方法，在阴极将胱氨酸还原为L
‑
半胱氨酸，在阳极产生氧化态媒介体电解液，将所得氧化态媒介体电解液用于氧化硫化氢形成硫磺，从而实现同时对胱氨酸和硫化氢的再利用和回收，不但有效解决了硫化氢中氢浪费的问题，而且克服了胱氨酸还原高能耗的问题。
[0030](2)本专利技术方法通过媒介体对硫化氢的高氧化率，硫化氢的转化率不低于80％，胱
氨酸的转化率不低于85％。
[0031](3)本专利技术所提供的一种媒介体辅助的电化学分解硫化氢偶联产生L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种媒介体辅助的电化学分解硫化氢偶联产生L
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半胱氨酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：含有胱氨酸的溶液在电化学反应池阴极还原得到L
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半胱氨酸，含有还原态媒介体的溶液在电化学反应池阳极氧化得到媒介体氧化态电解液；将所述媒介体氧化态电解液与含有硫化氢的气体接触，得到硫单质、含有质子和还原态媒介体的混合物；其中，所述含有质子和还原态媒介体的混合物返回至所述电化学反应池阳极进行循环。2.根据权利要求1所述的一种媒介体辅助的电化学分解硫化氢偶联产生L
‑
半胱氨酸的方法，其特征在于，媒介体选自Ce
3+
/Ce
4+
，VO
2+
/VO
2+
，I
‑
/I3‑
，Fe
2+
/Fe
3+
，四氢喹啉/喹啉，磷钼酸/磷钼酸钠中的至少一种；所述媒介体的摩尔浓度为0.1～3mol/L。3.根据权利要求1所述的一种媒介体辅助的电化学分解硫化氢偶联产生L
‑
半胱氨酸的方法，其特征在于，所述电化学反应池阴极的电化学反应催化剂包括金属Pb、Cu、Ag、Sn、Ti及其合金PbCu、PbAg、PbSn、CuAg、SnAg中的至少一种；所述电化学反应池阳极的电化学反应催化剂包括Ti、活性炭、石墨、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种媒介体辅助的电化学分解硫化氢偶联产生L
‑
半...

【专利技术属性】
技术研发人员：马伟光，宗旭，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：