硫化氢→高纯度氢+高品质硫 我国科学家研发“变废为宝”的新技术

来源：济南日报

1月6日，中国科学院大连化学物理研究所李灿院士团队研发的“离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术”在北京通过中国石油和化学工业联合会组织的科技成果评价。评价委员会专家一致认为：该成果达到国际领先水平。一致同意通过评价，建议扩大装置规模，加快推广应用。这一技术如何有效分解硫化氢？将为天然气、石化、煤化工等行业带来怎样的变革？

国内外首套10万方/年离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺中试示范装置

当前，天然气、石油、煤炭是全球能源体系的主体。然而，这些主流能源在开采过程中都会排放出硫化氢，给全球环境带来挑战。作为一种剧毒化合物，硫化氢容易被氧化为二氧化硫并形成酸雨，危害生态环境和人体健康。中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员李灿向中国之声表示，硫化氢中的两个元素都是重要的资源。

李灿：硫化氢由硫和氢组成。现在的技术能把硫磺回收下来，但把氢烧成水了，很可惜的。因为硫化氢的两个重要资源一个是氢，一个是硫。现在国家重视氢能的发展，用高昂的代价去采氢。理论上硫化氢里的氢能拿出来，但现在浪费了。第二个，传统的技术它也不是一次能处理干净（硫化氢），有可能处理不当就排出去了，污染大气，污染环境。

据不完全统计，我国每年处理的硫化氢量约80亿立方米，全球范围内年处理量超过700亿立方米，潜在待处理量超过4万亿立方米。因此，实现硫化氢的完全消除与资源化利用，一直是天然气开采、炼油化工行业、煤化工等工业过程中长期面临的难题。

为解决这一难题，李灿院士团队自2003年起便致力于探索利用光、电等非常规手段分解硫化氢。经过十余年实验室研发，团队成功解决了规模化分解硫化氢工程放大问题，研发出具有我国自主知识产权的“离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术”。

李灿：关键是利用电催化的技术，传统的催化是热催化。电催化这个反应发生在溶液里面，硫化氢首先它就溶解到溶液里面以后，形成一个离子最直接的反应，这个时候就不再是气体的形式反应了，所以就不大可能再泄露出去。第二个，就是把它分成两个反应：一半的反应是硫磺产出来，另一半的反应放氢，分别在离场的两个方面产硫磺、产氢，这两个都是变废为宝。

虽然如今说起来似乎很轻松，但李灿院士坦言，这条路他们已经走了20多年。找到正确方向之初，也有“无心插柳柳成荫”的惊喜。

李灿：一开始我们的主攻方向是水分解制氢。但是水分解特别难，热力学上很难，原理上很难，那么我们就拿硫化氢作为一个类比的分子，拿这个研究的时候就发现硫化氢是可以把它完全分解，原理上是打通了这个路子。硫化氢是一个剧毒的东西，不让大量地进来（实验室）。所以我们就用小瓶的，先在小小的装置上试着，原理上觉得也是可以的，然后几百毫升，最后在实验室做到5升的规模也是可以的。之后就慢慢做工程化的问题。

然而，在工程化的试验中，团队发现了实验室没有遇到过的新问题。

李灿：硫磺产生以后就附着在催化剂表面上，不脱落下来，这个反应就没办法继续进行。这个问题就是很头疼，怎么想办法？工程上也难以避免硫磺沉积在表面上，你要发生反应，要生成硫磺，它肯定要沉积在表面上，这是一对矛盾。我们后来就发展成这个离场，就让发生成硫磺的反应不要发生在电极表面，在另外一个场景发生，巧妙地把这个问题给解决了。

目前，该项技术已申请26项专利，其中12项已获授权，并形成了完整的专利包。随后，李灿院士团队与企业合作，在煤化工领域开展了硫化氢消除与资源化利用的工业示范项目。依托该技术建成国内外首套10万方/年离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺中试示范装置。李灿介绍，运行数据显示，装置连续运行超过1000小时，实现了硫化氢的完全转化，产品硫磺纯度>99.95%、氢气纯度>99.999%。

李灿：单次硫化氢进去，尾气里面测的话，硫的这个污染物排放检测不到，从色谱质谱的检测线来讲，检测不到，至少是1ppm以下，这是一个非常漂亮的结果。第二个漂亮的结果就是拿到的这个硫磺品相很好。硫磺它的市场要求很高，要金黄色的颜色。那么，最重要的是产出的氢，我们有多少硫化氢就能产出多少氢气出来，得到的氢的浓度非常高，是99.999%。什么意思呢？这个氢就可以直接用到那种高纯的用氢的行业里面去。比如说燃料电池对氢纯度要求很高，包括将来的航天发射里面用的燃料也是要高纯的氢等等，都能满足这个要求。

评价委员会专家一致认为：离场电催化分解硫化氢可在温和、安全的条件下运行，在煤化工、石油化工、油气开采等行业具有很好的应用前景。与此同时，这项技术也对我国氢能产业及低碳能源体系建设具有积极推动作用，兼具环境与经济效益。

李灿：第一，它们对环境生态这方面是绝对是革命性的；第二，资源化变废为宝，这样的话企业的效益就大幅提升；第三，推动我们国家大规模地开采尤其是石油化工，煤化工，特别是天然气化工。

据国际氢能协会预测，到2030年，我国绿氢规划产能约180万吨。若采用风光电驱动该技术，处理我国每年约80亿立方米的硫化氢，可在消除污染的同时回收约73万吨清洁低碳氢，相当于绿氢规划产能的40%，对推动相关行业实现“双碳”目标具有重要意义。（来源：中国之声）