中国科学家“点毒成金”：让硫化氢废气变身“双料资源”

本文转自：人民网

人民网记者 赵竹青

长久以来，如何高效、清洁地处理剧毒废气硫化氢，是全球能源化工行业共同的痛点。如今，这个难题有了“中国方案”。

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。

该项目为天然气、石化、煤化工等行业提供了关键绿色转型方案，也为高含硫化氢资源开发与工业绿色低碳发展提供了坚实支撑。

破解硫化氢消除之困

当前，以天然气、石油、煤炭等一次能源为主体的全球能源体系，正面临着硫化氢排放所带来的环境挑战。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。

为解决上述难题，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”。

该技术在反应空间上解耦化学反应和电荷传输，利用电子介导将电极表面反应移离电极，在电极外的反应器中分别完成硫化氢氧化制硫磺和质子还原产氢。这一设计有效解决了硫磺在电极表面沉淀及污染电池隔膜的工程难题，缓解了催化剂表面气泡粘附动力学对放氢反应的影响，实现了电化学系统与大型化工装置耦合和工程放大，改变了传统电催化体系的反应模式，在工程原理上具有安全性和可靠性。

从实验室到工厂的“跨越”

目前，李灿院士团队已与相关企业合作，在煤化工领域开展了硫化氢消除与资源化利用的首个工业示范项目。

该工业示范项目建成国内外首套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，该装置以河南能源集团新乡中新化工20万吨/年甲醇装置中副产的硫化氢为原料，采用撬装模块设计，由硫化氢氧化生产硫磺、质子还原产氢和电化学池三个主体单元构成。

其主要包含四个方面的技术创新：离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术；高效率、高稳定性的电化学池及系统；高转化率、高效分离的硫化氢氧化熔融一体反应系统；高品质硫磺和高纯氢气回收技术。

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（尾气中硫化氢<1 ppm），产品硫磺纯度>99.95%、氢气纯度>99.999%。

原创技术助力“双碳”目标

据介绍，该技术属领域内具有自主知识产权的原创性技术。目前，团队已申请26项专利，其中12项已获授权，并形成了完整的专利包。

该技术为硫化氢的完全消除与资源化利用提供了全新路径，最大程度处理硫化氢等污染排放物，有效保护了生态环境，实现“制氢+硫磺”的双重资源化收益，拓宽了工业领域清洁低碳氢的生产路径。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。

据国际氢能协会预测，到2030年，我国绿氢规划产能约180万吨。据团队测算，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。