有毒气体变宝藏 离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术通过科技成果评价

工厂排放的剧毒气体——硫化氢，如今也能彻底变为“宝藏”了。中国科学院大连化学物理研究所李灿院士团队经过多年攻关，研发出了具有自主知识产权的“离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术”，将硫化氢完全分解，制取氢气和硫磺，成功实现变废为宝。

前不久，这项成果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，建议扩大装置规模，加快推广应用。

传统工艺“买椟还珠”

硫化氢是一种无色的剧毒化合物，闻起来有股臭鸡蛋味，通常伴生或副产于天然气开采、炼油化工行业和煤化工过程。它不仅有毒，还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。

据不完全统计，我国每年处理的硫化氢约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。如何安全、彻底地处理硫化氢，一直是困扰全球能源化工行业的一道难题。

“现行的克劳斯工艺，是将硫化氢转化为硫磺和水。”中国科学院院士、大连化物所研究员李灿告诉记者，这种方式犹如“买椟还珠”，“硫化氢由硫和氢两种元素组成，二者都是重要资源。克劳斯工艺虽可回收其中的硫，却将氢转化为了水，十分可惜”。

不仅如此，该方法在现实中还存在一定局限性：即使经过多次高温氧化，最终排放的尾气中仍然有含硫化合物。一旦操作不当，残留的含硫化合物还会跑到大气中，污染环境。

新兴技术“吃干榨净”

有没有一种新技术能够取代现行的克劳斯工艺，“吃干榨净”硫化氢，既回收了硫磺又制取了氢气？

李灿团队决定用“电剪刀”为硫化氢进行一场“外科手术”。经过多年探索，他们独创的离场电催化技术让梦想照进了现实。

什么是离场电催化技术？简单说，就是利用电子介导对与硫化氢之间的化学势差，将原本发生在电极表面的氧化反应（硫化氢氧化生成硫磺的过程），以及还原反应（氢质子还原生成氢气的过程），巧妙地“转移”到电解槽之外独立的反应器中分别进行。

“这一设计有效解决了硫磺在电极表面沉淀、污染电池隔膜的难题，让规模化完全分解硫化氢成为可能。”大连化物所副研究员王庆楠介绍，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。

勇闯科研“无人区”，需要敢于突破的勇气，更需要永不言弃的精神。李灿坦言，这条路团队走了20多年，其间遇到的问题不胜枚举。例如，根据规定，硫化氢不能大量进入实验室。团队就从小瓶装起步，先在微型装置上试验，从原理上验证可行性，然后再一点点加大剂量，最终完成了从“书架”到“货架”的关键一跃。

成果落地“降碳增效”

技术突破不是终点。李灿团队联合山东三维化学集团股份有限公司、榆林中科洁净能源创新研究院、灏鸣能源科技 （大连）有限公司共同建成了全球首套年处理10万立方米硫化氢的中试示范装置。该装置目前已连续稳定运行超1000小时，运行结果让人眼前一亮：硫化氢实现完全转化，产出的硫磺纯度>99.95%、氢气纯度>99.999%。

中石化齐鲁分公司正高级工程师达建文表示，这项技术在室温、常压环境下即可将硫化氢全部分解，整个过程有如“二月春风”般温和，且不会排放二氧化碳，未来在煤化工、石油化工、油气开采等行业具有很好的应用前景。

根据国际氢能协会预测，到2030年，我国绿氢规划产能约180万吨。评价委员会专家们认为，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“绿氢”，这相当于2030年我国绿氢规划产能的40%，对推动相关行业实现“双碳”目标具有重要意义。

据介绍，同现在流行的电解水制氢技术相比，离场电催化技术制氢所用电费仅为前者的一半，未来随着技术升级，制取成本有望进一步降低。“这对我国氢能产业及低碳能源体系建设具有积极推动作用，兼具环境效益与经济效益。”李灿说。（经济日报记者 沈 慧）

来源：经济日报