СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ Российский патент 2022 года по МПК C01B17/05 C02F3/34 B01D53/52 B01D53/84 

Изобретение касается способа получения элементарной серы путем взаимодействия водного раствора, содержащего бисульфид, с окисленными сульфид-окисляющими бактериями в анаэробных условиях, в которых получаются элементарная сера и восстановленные сульфид-окисляющие бактерии.

Такое способ описан в WО2015/114069. В этой публикации раскрывается способ, в котором на первом этапе водный раствор, содержащий бисульфид, взаимодействует с окисленными сульфид-окисляющими бактериями в анаэробных условиях. На втором этапе восстановленные сульфид-окисляющие бактерии регенерируются путем взаимодействия бактерий с кислородом. Регенерированные таким образом бактерии затем повторно используются на первом этапе. Элементарная сера выделяется путем осаждения из части водного раствора, полученного на втором этапе. Полученный таким образом, водный раствор, обедненный элементарной серой, возвращается на второй этап.

В вышеописанном способе бисульфидные соединения будут превращаться на первом этапе. Это выгодно, так как меньше бисульфида будет затем химически реагировать с молекулярным кислородом на втором этапе. Таким образом достигается существенное снижение образования тиосульфата по сравнению со способом, который не содержит первого анаэробного этапа. Хотя образование тиосульфата низкое, все еще есть пространство для улучшения.

СN105176614 описывает способ каталитического окисления сероводорода в функциональный микробный сульфат в присутствии биопленки из Desulfobulbusor Thiobacillus, присутствующих на аноде электрохимической ячейки.

Целью настоящего изобретения является обеспечить способ, который имеет низкое образование тиосульфата.

Эта цель достигается с помощью следующего способа. Способ получения элементарной серы путем (i) взаимодействия водного раствора, содержащего бисульфид, с окисленными сульфид-окисляющими бактериями в анаэробных условиях, в которых получаются элементарная сера и восстановленные сульфид-окисляющие бактерии, и (ii) в котором восстановленные сульфид-окисляющие бактерии окисляются путем переноса электронов к аноду электрохимической ячейки с получением окисленных сульфид-окисляющих бактерий.

Заявители обнаружили, что регенерация сульфид-окисляющих бактерий может выполняться путем переноса электронов к аноду электрохимической ячейки с получением окисленных сульфид-окисляющих бактерий. Такой этап способа не требует присутствия кислорода и, следовательно, образование тиосульфата может быть сильно уменьшено. Дополнительным преимуществом является то, что пенообразование на этапе регенерации может устраняться или снижаться. В способе предшествующего уровня техники обычно используют воздух, чтобы обеспечивать молекулярный кислород на этапе регенерации. Впрыскивание воздуха в водный раствор может вызывать пенообразование. Так как не требуется никакое впрыскивание воздуха или, по меньшей мере, не в тех количествах, как в способе предшествующего уровня техники, пенообразование может снижаться. Кроме того, процесс регенерации сульфид-окисляющих бактерий можно регулировать улучшенным образом по сравнению с регенерацией с использованием прямого взаимодействия с молекулярным кислородом.

Когда водный раствор, содержащий бисульфид, взаимодействует с окисленными сульфид-окисляющими бактериями в анаэробных условиях согласно данному изобретению, протекает окисление бисульфида в элементарную серу, что можно записать в виде:

HS- + bac+ → ⅛S8+H+ + bac- (1)

Здесь bac+ обозначает окисленные сульфид-окисляющие бактерии. Когда бисульфидное соединение окисляется, бактерии восстанавливаются или, по меньшей мере, приобретают восстановленные компоненты в 2-электронной реакции с получением bac-. Молекулярный кислород обычно подают в биореактор в способе предшествующего уровня техники, чтобы регенерировать бактерии. Восстановление кислорода описывается как:

½O2+2 e- + 2H+ → H2O (2)

В способе согласно данному восстановленные бактерии (bac-) передают электроны на анод в электрохимической ячейке с получением окисленных сульфид-окисляющих бактерий. Эта электрохимическая анодная реакция описывается как:

bac- → bac+ + 2e- (3)

В способе согласно данному изобретению электроны, подаваемые восстановленными сульфид-окисляющими бактериями, не переносятся непосредственно на кислород. Вместо этого электроны переносятся на анод электрохимической ячейки. Материал анода может быть любым проводящим материалом, например, нержавеющей сталью или титаном, возможно обеспеченным металлическим покрытием. Предпочтительными анодами являются графит или электроды на основе углерода.

Такая электрохимическая ячейка будет также содержать катод, на котором электроны, полученные на аноде, используются, чтобы восстанавливать другое противоположное соединение. Если такое противоположное соединение имеет более положительный электродный потенциал, чем электродный потенциал восстановленных сульфид-окисляющих бактерий, возникает электрический ток между анодом и катодом и может быть получена электрическая мощность. Если противоположное соединение имеет более отрицательный электродный потенциал, чем электродный потенциал восстановленных сульфид-окисляющих бактерий, требуемый перенос электронов и результирующий электрический ток между упомянутыми электродами достигается путем приложения разницы электрических потенциалов между анодом и катодом. В так называемой трехэлектродной ячейке может прилагаться анодный потенциал от -0,6 В до 0,4 В относительно Ag/AgCl сравнительного электрода. Выбор анодного потенциала будет зависеть от желаемой селективности способа. Меньшие потенциалы будут, как правило, давать более селективный способ, а большие потенциалы будут давать способы, имеющие большую скорость превращения, в которых также может иметь место большее химическое превращение в сульфаты.

Анод и катод могут присутствовать в одном и том же пространстве, более конкретно в одном и том же резервуаре, в котором сульфид-окисляющие бактерии также могут контактировать с катодом. Предпочтительно, место, в котором присутствует анод, отделяется от места, в котором присутствует катод, полупроницаемой мембраной. Такая мембрана может быть ионселективной мембраной для переноса катионов от анода к катоду. Такие катионы могут быть любым катионом, который присутствует в более высоких концентрациях. Примерами катионов являются Н⁺ и Nа⁺. Мембрана также может быть ионселективной мембраной для переноса анионов от катода к аноду. Примерами анионов являются ОН^- и SО₄^2-.

В первом предпочтительном варианте осуществления электрохимическая ячейка содержит катод, который переносит электроны к соединению, имеющему более высокий электродный потенциал, чем электродный потенциал восстановленных сульфид-окисляющих бактерий, и в которой, в результате этой разницы потенциала между анодом и катодом, протекает электрический ток между упомянутыми электродами и возникает электрическая мощность. Чтобы увеличить скорость реакции, дополнительный потенциал может прилагаться из внешнего источника. Соединение на катоде, т.е. противоположное соединение, может быть, например, кислородом, и тогда электрохимическая реакция на катоде может быть записана как:

½O2+2 H+ + 2 e- --> H2O (4)

Другими возможными противоположными соединениями являются нитрат, ион железа (Fе³⁺), меди (Сu²⁺), озон и пероксид. Реакция на поверхности катода может быть каталитической или не каталитической. Материал катода может быть на основе графита или на основе углерода (некаталитический) или на основе металла. Примерами каталитических катодов являются покрытия из смешанных оксидов металлов, содержащие Рt, Ir или другие благородные металлы, на проводящей основе, такой как титан. Возможными катализаторами являются Рt, Ir, Сu и микроорганизмы, присутствующие в виде биопленки на катоде.

Во втором предпочтительном варианте осуществления электрохимическая ячейка содержит катод, который переносит электроны к соединению, имеющему более отрицательный электродный потенциал, чем электродный потенциал восстановленных сульфид-окисляющих бактерий, и в которой прилагается электрический потенциал между анодом и катодом, так что может происходить перенос электронов. В этом варианте осуществления электрический ток генерируется между упомянутыми электродами, для чего требуется подача энергии. Преимуществом этой второй возможности является то, что более высокие скорости могут достигаться путем увеличения приложенного электрического потенциала.

Возможными противоположными соединениями, имеющими более отрицательный электродный потенциал, чем электродный потенциал восстановленных сульфид-окисляющих бактерий, являются, например, ионы гидроксония. Предпочтительным противоположным соединением является ион гидроксония, который позволяет получение водорода. Эта электрохимическая катодная реакция может быть записана как:

2 H+ + 2 e- --> H2

Другими возможными реакциями, которые могут протекать на катоде, являются восстановление ионов гидроксония вместе с СО₂ в метан или другие химические вещества, такие как ацетат, этанол или жирные кислоты со средней длиной цепи. Полученный таким образом водород или метан или углеводороды являются полезными побочными продуктами способа согласно данному изобретению.

Взаимодействие в (i) и окисление восстановленных сульфид-окисляющих бактерий в (ii) могут протекать одновременно в одном этапе. Один этап здесь означает, что взаимодействие в (i) и окисление восстановленных сульфид-окисляющих бактерий происходят в одном резервуаре. В таком варианте осуществления может потребоваться регенерировать часть восстановленных сульфид-окисляющих бактерий в отдельном резервуаре.

Предпочтительно, взаимодействие в (i) и окисление восстановленных сульфид-окисляющих бактерий в (ii) могут попеременно протекать на раздельных этапах. Раздельные этапы здесь означают, что взаимодействие в (i) и окисление восстановленных сульфид-окисляющих бактерий происходят в двух раздельных этапах и, следовательно, в, по меньшей мере, двух раздельных резервуарах или реакторах. Хотя в таком способе большая часть превращения бисульфида окисленными сульфид-окисляющими бактериями будет происходить в первом этапе, нельзя исключать, что часть реакции будет также протекать, когда восстановленные сульфид-окисляющие бактерии окисляются в (ii).

Восстановленные сульфид-окисляющие бактерии окисляются путем переноса электронов к аноду электрохимической ячейки с получением окисленных сульфид-окисляющих бактерий. Электрохимическая ячейка может быть любой ячейкой, которая содержит анод и катод, описанные выше. Анод и катод могут присутствовать в виде плоских пластин или в виде коаксиальных трубчатых частей, как присутствуют в резервуаре. Анод и катод также могут быть образованы в единственную трубчатую часть, в которой предпочтительно анод присутствует снаружи, а катод присутствует внутри. Одна или несколько таких трубок могут размещаться так, что анод на внешней стороне может контактировать с восстановленными сульфид-окисляющими бактериями. Через данную трубку может протекать другой раствор, содержащий соединение, которое будет выполнять ранее упомянутую электрохимическую реакцию на катоде. Можно предусмотреть размещение таких трубок в газовом скруббере, в котором газ, содержащий сероводород, взаимодействует с водным раствором, содержащим окисленные сульфид-окисляющие бактерии. В таком скруббере любые восстановленные сульфид-окисляющие бактерии могут регенерироваться in situ с получением водного раствора, содержащего бисульфид и окисленные сульфид-окисляющие бактерии, и газ, имеющий меньшее содержание сероводорода.

Если желаемая степень регенерации сульфид-окисляющих бактерий не получается в (ii), может быть выгодно окислять остальные восстановленные сульфид-окисляющие бактерии путем прямого контакта, например, с кислородом или нитратом. Хотя некоторые преимущества данного изобретения будут тогда меньше, все еще получается способ, который не имеет большого химического производства тиосульфата и биологического производства сульфата по сравнению со способом предшествующего уровня техники, и который может возвращать энергию. Таким образом, подходящая часть восстановленных сульфид-окисляющих бактерий окисляется путем переноса электронов к аноду электрохимической ячейки с получением окисленных сульфид-окисляющих бактерий, а другая часть восстановленных сульфид-окисляющих бактерий окисляется непосредственно путем взаимодействия восстановленных сульфид-окисляющих бактерий с кислородом или нитратом, достигая желаемой степени регенерации сульфид-окисляющих бактерий.

Водный раствор бисульфида может быть сероводородом, растворенным в водном растворе. Сероводород преимущественно находится в форме бисульфида и отчасти сульфида, полисульфида и/или растворенного сероводорода. Данный водный раствор может быть, например, использованным щелочным раствором или щелочным поглощающим раствором, используемым для поглощения сероводорода или других восстановленных сернистых соединений из потока кислого газа. Альтернативно, водный раствор, содержащий бисульфид, может быть раствором бисульфида, полученным путем растворения сероводорода из высококонцентрированного или по существу чистого сероводородного газа в водном растворе с помощью эжектора.

Предпочтительно, водный раствор, содержащий бисульфид, является жидким щелочным поглотителем, содержащим бисульфид, полученный при обработке потока кислого газа. Данный водный раствор подходящим образом получают путем противоточного контакта газового потока, содержащего сернистые соединения, включая сероводород, с жидким щелочным поглотителем в абсорбционной колонне. Предпочтительно, жидкий щелочной поглотитель содержит окисленные сульфид-окисляющие бактерии, полученные на этапе (ii). Так как окисленные сульфид-окисляющие бактерии удаляют и/или окисляют растворенный бисульфид, большая движущая сила приводит к поглощению сероводорода в водном растворе, содержащем такие окисленные сульфид-окисляющие бактерии. Поглощение подходящим образом происходит в анаэробных условиях. Таким образом, кислый газ предпочтительно не содержит кислород в каком-либо значительном количестве. Если эти бактерии присутствуют как часть щелочного поглотителя, взаимодействие (i) может иметь место уже во время поглощения.

Концентрация бисульфида в водном растворе в (i) не является критичной. Могут применяться растворы с концентрациями бисульфида (в расчете на серу) до 20 грамм на литр или даже выше. В такой расчет включается также сера, которая удаляется сульфид-окисляющими бактериями. Предпочтительно, концентрация бисульфида в водном растворе находится в интервале от 100 мг/л до 15 г/л, более предпочтительно от 150 мг/л до 10 г/л.

Взаимодействие (i) водного раствора, содержащего бисульфид, с окисленными сульфид-окисляющими бактериями происходит в анаэробных условиях. Анаэробные условия означают отсутствие молекулярного кислорода. Никакой молекулярный кислород не подается и/или не присутствует во время такого взаимодействия. Предпочтительно, такое взаимодействие выполняют в отсутствие других окислителей, таких как нитрат. Анаэробные условия означают здесь ´в отсутствие молекулярного кислорода´, где концентрация молекулярного кислорода в водном растворе составляет, самое большее, 1 мкМ, более предпочтительно, самое большее, 0,1 мкМ.

Сульфид-окисляющие бактерии могут быть любыми сульфид-окисляющими бактериями, предпочтительно сульфид-окисляющие бактерии являются бактериями одного из следующих штаммов: Halothiobacillus, Thioalkalimicrobium, Thioalkalispira, Thioalkalibacter, Thioalkalivibrio, Alkalilimnicola и родственные бактерии. Эти галоалкалифильные сульфид-окисляющие бактерии подходят для этого способа. Данные бактерии могут быть использованы сами по себе, т.е. могут присутствовать в виде планктонных клеток в водном растворе, или могут наноситься на диспергированный носитель.

Взаимодействие (i) водного раствора, содержащего бисульфид, с окисленными сульфид-окисляющими бактериями может происходить при любых подходящих условиях температуры, давления и времени пребывания в водной среде, подходящих для выполнения биологического окисления бисульфида в элементарную серу. Предпочтительно, температура находится в интервале от 10 до 60°С, более предпочтительно от 20 до 40°С. Давление подходящим образом находится в интервале от 0 бар до 100 бар, более предпочтительно от атмосферного давления до 80 бар. рН водного раствора подходящим образом находится в интервале от 7 до 10, более предпочтительно в интервале от 7,5 до 9,5. Соленость водного раствора в единицах молярной концентрации катионов и предпочтительно молярной концентрации всех катионов из натрия и/или калия предпочтительно составляет от 0,3 до 4 М и более предпочтительно от 0,5 до 1,5 М. Водный раствор может содержать следовые количества нескольких разных соединений, таких как, например, железо, медь или цинк, в качестве питательных веществ для сульфид-окисляющих бактерий. Время пребывания в случае непрерывного способа или время контакта в случае периодического способа предпочтительно составляет, по меньшей мере, 3 минуты, более предпочтительно, по меньшей мере, 5 минут, более предпочтительно, по меньшей мере, 10 минут. Максимальное время пребывания не является критичным, но по практическим причинам время пребывания предпочтительно составляет, самое большее, 2 часа, более предпочтительно, самое большее, 1 час.

Предпочтительно, массовое отношение азота как части от всех сульфид-окисляющих бактерий и полного количества бисульфида составляет, по меньшей мере, 0,1 мг N/мг бисульфида, предпочтительно, по меньшей мере, 0,5 мг N/мг бисульфида, более предпочтительно, по меньшей мере, 0,7 мг N/мг бисульфида.

Водный раствор, который содержит восстановленные сульфид-окисляющие бактерии, полученные в (I), когда водный раствор, содержащий бисульфид, взаимодействует с окисленными бисульфидными сульфид-окисляющими бактериями, будет также содержать элементарную серу. Элементарная сера может отделяться от водного раствора до, во время или после окисления восстановленных сульфид-окисляющих бактерий в (ii). Элементарная сера также может осаждаться на аноде. Осажденную элементарную серу можно просто отделять от анода, возможно в отсутствие водного раствора.

Данное изобретение можно также преимущественно использовать, чтобы улучшать существующие способы, которые превращают сульфиды в элементарную серу путем применения окисленных сульфид-окисляющих бактерий. В таких известных способах регенерацию использованных и, таким образом, восстановленных сульфид-окисляющих бактерий обычно выполняют путем взаимодействия восстановленных сульфид-окисляющих бактерий с молекулярным кислородом. Сульфиды обычно поглощаются путем взаимодействия газа, содержащего сероводород, с водным раствором, содержащим окисленные сульфид-окисляющие бактерии. Этот этап поглощения также описывается ниже. Водный раствор, используемый в этом поглощении, готовят на этапе регенерации. Было обнаружено, что данный водный раствор может все еще содержать некоторые восстановленные сульфид-окисляющие бактерии. Путем окисления этих оставшихся восстановленных сульфид-окисляющих бактерий перед использованием этого раствора на этапе поглощения путем переноса электронов к аноду электрохимической ячейки, описанной выше, получают водный раствор, содержащий более высокий уровень окисленных сульфид-окисляющих бактерий. Было обнаружено, что такой раствор может более эффективно поглощать сульфиды водорода. Такой дополнительный этап, включающий в себя перенос электронов к аноду электрохимической ячейки, можно легко добавлять к существующим способам. Следовательно, данное изобретение также касается способа улучшения эффективности поглощения сероводорода в водном растворе, содержащем окисленные и восстановленные сульфид-окисляющие бактерии, в способе поглощения сероводорода путем окисления восстановленных сульфид-окисляющих бактерий путем переноса электронов к аноду электрохимической ячейки.

Вышеописанный способ может также выполняться как часть способа по обработке газа, содержащего сероводород, как описано ниже. Таким образом, данное изобретение также касается способа обработки газа, содержащего сероводород, содержащего следующие этапы:

(а) взаимодействие газа, содержащего сероводород, с водным раствором, содержащим окисленные сульфид-окисляющие бактерии, с получением водного раствора, содержащего бисульфид и окисленные сульфид-окисляющие бактерии, и газа, имеющего меньшее содержание сероводорода,

(b) взаимодействие водного раствора, содержащего бисульфид, с окисленными сульфид-окисляющими бактериями в анаэробных условиях, в которых получается элементарная сера и восстановленные сульфид-окисляющие бактерии, и

(с) окисление восстановленных сульфид-окисляющих бактерий путем переноса электронов к аноду электрохимической ячейки с получением окисленных сульфид-окисляющих бактерий для повторного использования на этапах (а) и

(d) отделение элементарной серы от водного раствора, полученного на любом из этапов (а)-(с).

Этап (а) можно выполнять с помощью хорошо известных способов поглощения бисульфида. Температура газа может быть в интервале от 0°С до 100°С, предпочтительно от 20°С до 80°С, более предпочтительно от 25°С до 50°С, и давление в интервале от 0 бар до 100 бар, предпочтительно от атмосферного давления до 80 бар. Жидкий щелочной поглотитель может быть любым жидким щелочным поглотителем, известным как пригодный для поглощения сероводорода, т.е. известным как растворяющий сульфиды. Примерами подходящих жидких щелочных поглотителей являются растворы карбоната, бикарбоната и/или фосфата, более предпочтительно буферный раствор, содержащий карбонат и бикарбонат. Буферные растворы, содержащие карбонат и бикарбонат натрия или калия, особенно предпочтительны, особенно буферный раствор, содержащий карбонат натрия и бикарбонат натрия. рН жидкого щелочного поглотителя, который подают в верхнюю часть абсорбционной колонны, предпочтительно находится в интервале от 7 до 10, более предпочтительно от 7,5 до 9,5.

Предпочтительно, такое поглощение выполняют в абсорбционной колонне, в которой поток газа, содержащего сероводород, взаимодействует со всем или предпочтительно частью жидкого стока, полученного на этапе (с). Этап (а) предпочтительно выполняют в анаэробных условиях, и некоторая элементарная сера и восстановленные сульфид-окисляющие бактерии могут также получаться при выполнении этапа (а). На этапе (b) может получаться жидкий сток, содержащий восстановленные сульфид-окисляющие бактерии, который окисляется на этапе (с). Часть жидкого стока, полученного на этапе (с), возвращается на этап (b). Жидкий сток из этапа (с) может перед возвратом в абсорбционную колонну и/или на этап (b) подвергаться этапу (d). Часть стока, обедненного элементарной серой, полученного на этапе (d), можно отводить. Предпочтительно, элементарную серу отделяют от водного раствора, полученного на этапе (с), получая элементарную серу и водный раствор, обедненный элементарной серой. Этот водный раствор, содержащий преимущественно окисленные сульфид-окисляющие бактерии, может также содержать некоторые восстановленные сульфид-окисляющие бактерии. Чтобы окислять большинство этих оставшихся восстановленных сульфид-окисляющих бактерий, предпочтительно окислять в отдельном этапе (е) восстановленные сульфид-окисляющие бактерии путем переноса электронов к аноду электрохимической ячейки перед использованием этого водного раствора на этапе (а).

Предпочтительно, этапы (b), (с) и (е) выполняют, как описано для способа согласно настоящему изобретению, описанному выше.

Данное изобретение будет проиллюстрировано с помощью фигуры 1. Фигура 1 показывает природный газ, содержащий сероводород, (1), взаимодействующий в абсорбционной колонне (2) с водным щелочным раствором, содержащим окисленные сульфид-окисляющие бактерии (bac⁺), подаваемым в виде потока (3) в верхний конец колонны (2). Нагруженный водный раствор (4), содержащий бисульфид и окисленные и восстановленные сульфид-окисляющие бактерии (bac⁺/bac^-), получается в виде нижнего потока, а природный газ (5) имеющий меньшее содержание сероводорода, получается в виде верхнего потока, выходящего из колонны. Нагруженный водный раствор подается в анаэробный реактор (6) и затем в электрохимическую ячейку (7). В анаэробном реакторе (6) получается элементарная сера, и большая часть окисленных сульфид-окисляющих бактерий (bac⁺) превращается в восстановленные сульфид-окисляющие бактерии (bac^-). В электрохимической ячейке (7) восстановленные сульфид-окисляющие бактерии (bac^-) окисляются путем переноса электронов к аноду (8). Получаются окисленные сульфид-окисляющие бактерии (bac⁺). Жидкий сток, получаемый на стороне анода электрохимической ячейки, частично (в виде потока (9)) возвращается в анаэробный реактор (6) и частично используется как поглотитель в виде потока (3). Водный раствор, обедненный элементарной серой, может возвращаться на анодную сторону электрохимической ячейки или добавляться в поток (9) и/или поток (3). Между анодом (8) и катодом (11) создается электрический потенциал, чтобы продвигать реакцию на аноде и катоде. Между пространством, в котором присутствует анод (8), и пространством, в котором присутствует катод (11), находится ион-селективная мембрана (13). На катоде (11) получается водород и выпускается в виде потока (12). Водород может на следующем этапе реагировать с диоксидом углерода с получением метана. Этот метан может объединяться с потоком природного газа (5).

Из жидкого стока, получаемого на стороне анода, элементарную серу (10) отделяют осаждением (не показано на фигуре 1). Элементарную серу можно также отделять осаждением в отдельном этапе (не показано на фигуре 1) из водного раствора, полученного в анаэробном реакторе (6), перед обработкой данного водного раствора в электрохимической ячейке (7).

Альтернативно возможный вариант способа аналогичен способу на фигуре 1. Отличие в том, что водный сток из анаэробного реактора подается на этап седиментации, в котором отделяют элементарную серу. Сток, обедненный элементарной серой, подается на анодную сторону электрохимической ячейки, как на фигуре 1, с получением водного раствора, который также подается на этап осаждения. В объединенном этапе осаждения получается водный раствор, обедненный элементарной серой и содержащий окисленные сульфид-окисляющие бактерии, и подается в анаэробный реактор. Из анаэробного реактора поток затем подается в верхний конец колонны. Это построение является преимущественным, так как оно в высокой степени избегает присутствия растворенных бисульфидов в электрохимической ячейке. Таким образом, данное изобретение также касается способа, в котором элементарную серу отделяют из водного раствора, полученного на этапе (b), и из водного раствора, полученного на этапе (с), в объединенном этапе осаждения с получением элементарной серы и водного раствора, обедненного элементарной серой и содержащего окисленные сульфид-окисляющие бактерии.

Пример 1

Три эксперимента выполняли в трехэлектродной установке. 100 мл водного раствора с концентрацией биомассы 80 гН/л восстановленных сульфид-окисляющих бактерий (bac^-), полученного в анаэробном реакторе способа, описанного в WО2015/114069, взаимодействовали с графитовым стержнем в качестве анода при разных анодных потенциалах -0,1 В, 0 В и 0,1 В относительно Ag/AgCl в так называемой трехэлектродной установке. Сульфид-окисляющие бактерии в водном растворе взаимодействовали с бисульфидом, и большая часть сульфид-окисляющих бактерий была восстановленными сульфид-окисляющими бактериями (bac^-).

Эксперимент повторяли только для данной среды. Среду получали путем отделения бактерий из водного раствора путем центрифугирования при 10000 об/мин в течение 10 мин.

Результаты для 0,1 В относительно Ag/AgCl показаны на фигуре 2. Фигура 2 показывает, что водный раствор с сульфид-окисляющими бактериями (линия а) давал более высокий получаемый заряд, чем только среда (линия b), открывая накопление электронов внутри сульфид-окисляющих бактерий. Из одиночной среды получали небольшой ток, который мог быть результатом следов бисульфида (электрохимическое окисление). Полный заряд, который получали из раствора с микроорганизмами, составлял 112 мК, тогда как такой же объем среды давал только 13 мК. Это означает, что 99 мК заряда сохранялись внутри сульфид-окисляющих бактерий.

Изобретение относится к способу получения элементарной серы. В способе осуществляют взаимодействие водного раствора, содержащего бисульфид с окисленными сульфид-окисляющими бактериями в анаэробных условиях, в которых получают элементарную серу и восстановленные сульфид-окисляющие бактерии. Затем восстановленные сульфид-окисляющие бактерии окисляют путем переноса электронов к аноду электрохимической ячейки с получением окисленных сульфид-окисляющих бактерий. Обеспечивается снижение образования тиосульфатов. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

1. Способ получения элементарной серы, в котором (i) осуществляют взаимодействие водного раствора, содержащего бисульфид, с окисленными сульфид-окисляющими бактериями в анаэробных условиях, в которых получают элементарную серу и восстановленные сульфид-окисляющие бактерии, и (ii) в котором восстановленные сульфид-окисляющие бактерии окисляют путем переноса электронов к аноду электрохимической ячейки с получением окисленных сульфид-окисляющих бактерий.

2. Способ по п. 1, в котором данная электрохимическая ячейка содержит катод, который переносит электроны к соединению, имеющему более положительный электродный потенциал, чем электродный потенциал восстановленных сульфид-окисляющих бактерий, и в котором в результате этой разницы в потенциале между анодом и катодом протекает электрический ток между упомянутыми электродами.

3. Способ по п. 2, в котором соединение, имеющее более положительный электродный потенциал, чем электродный потенциал восстановленных сульфид-окисляющих бактерий, является кислородом или нитратом.

4. Способ по п. 1, в котором данная электрохимическая ячейка содержит катод, который переносит электроны к соединению, имеющему более отрицательный электродный потенциал, чем электродный потенциал восстановленных сульфид-окисляющих бактерий, и в котором обеспечивают некоторый потенциал между анодом и катодом, так что может происходить перенос электронов.

5. Способ по п. 4, в котором соединение, имеющее более низкий электродный потенциал, чем электродный потенциал восстановленных сульфид-окисляющих бактерий, является ионом гидроксония, и в котором получают водород.

6. Способ по любому из пп. 1-4, в котором взаимодействие в (i) и окисление восстановленных сульфид-окисляющих бактерий в (ii) выполняют в разных этапах.

7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором анаэробные условия определяют как концентрацию молекулярного кислорода в водном растворе, самое большее, 0,1 мкМ.

8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором рН водного раствора составляет от 7,5 до 9,5.

9. Способ по любому из пп. 1-8, в котором соленость водного раствора, выраженная в молярной концентрации всех катионов натрия и/или калия, составляет от 0,5 до 1,5 М.

10. Способ по любому из пп. 1-9, в котором в (ii) потенциал от -0,6 до 0,4 В прикладывают к аноду относительно сравнительного электрода Ag/AgCl.

11. Способ по любому из пп. 1-10, в котором водный раствор, содержащий бисульфид, получают путем взаимодействия щелочного поглотителя с кислым газом, содержащим сернистые соединения, включая сероводород.

12. Способ по п. 11, в котором щелочной поглотитель содержит окисленные сульфид-окисляющие бактерии, полученные на этапе (ii).

13. Способ улучшения эффективности поглощения сероводорода в водном растворе, содержащем окисленные и восстановленные сульфид-окисляющие бактерии, в способе поглощения сероводорода, в котором окисляют восстановленные сульфид-окисляющие бактерии путем переноса электронов к аноду электрохимической ячейки.

14. Способ обработки газа, содержащего сероводород, содержащий следующие этапы, где:

(а) осуществляют взаимодействие газа, содержащего сероводород, с водным раствором, содержащим окисленные сульфид-окисляющие бактерии, с получением водного раствора, содержащего бисульфид и окисленные сульфид-окисляющие бактерии, и газа, имеющего меньшее содержание сероводорода,

(b) осуществляют взаимодействие водного раствора, содержащего бисульфид, с окисленными сульфид-окисляющими бактериями в анаэробных условиях, в которых получается элементарная сера и восстановленные сульфид-окисляющие бактерии, и

(с) окисляют восстановленные сульфид-окисляющие бактерии путем переноса электронов к аноду электрохимической ячейки с получением окисленных сульфид-окисляющих бактерий для повторного использования на этапах (а) и

(d) отделяют элементарную серу от водного раствора, полученного на любом из этапов (а)-(с).

15. Способ по п. 14, в котором элементарную серу отделяют из водного раствора, полученного на этапе (b), и из водного раствора, полученного на этапе (с), в объединенном этапе осаждения с получением элементарной серы и водного раствора, обедненного элементарной серой и содержащего окисленные сульфид-окисляющие бактерии.

16. Способ по любому из пп. 14, 15, в котором этап (b), (с) выполняют согласно способу по любому из пп. 1-10 и возможный этап (е) включает окисление оставшихся после этапа (с) восстановленных сульфид-окисляющих бактерий путем переноса электронов к аноду электрохимической ячейки перед использованием этого водного раствора на этапе (а).