硫化氢如何变废为宝？中国首创技术“一箭双雕”实现工业应用
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中新网北京1月6日电 (记者 孙自法)以天然气、石油、煤炭等一次能源为主体的全球能源体系的发展，当前正面临着硫化氢排放所带来的环境挑战，而硫化氢作为一种剧毒化合物，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。因此，如何安全、高效消除硫化氢并变废为宝，长期以来在学术界、产业界和全社会广受关注。
“一箭双雕”
中国科学院大连化学物理研究所(大连化物所)1月6日在北京宣布，该所李灿院士团队历经20多年持续攻关，在国际上首创研发的“离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术”，已成功从实验室走进工厂，建成国际首套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，在煤化工领域开展工业化应用示范。
1月6日，北京，李灿院士介绍团队在国际上首创研发的“离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术”。中新网记者 孙自法 摄
该技术的应用效果也被形象称为“一箭双雕”——为硫化氢的完全消除与资源化利用提供了全新路径，既最大程度处理硫化氢等污染排放物，有效保护生态环境，又实现“制氢+硫磺”的双重资源化收益，拓宽工业领域清洁低碳氢的生产路径。
与此同时，“离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术”兼具环境与经济效益，对中国氢能产业及低碳能源体系建设具有积极推动作用。
完全转化
基于“离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术”的工业示范项目，由研发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)有限公司共同实施，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。
其运行数据显示，示范装置连续运行超过1000小时，实现硫化氢的完全转化(尾气中硫化氢小于百万分之一)，产品硫磺纯度大于99.95%、氢气纯度大于99.999%，既消除了硫化氢的污染，又实现了污染物的资源化利用，社会经济效益显著。
研发团队认为，工业示范项目一定程度上解决了环境污染问题，既为天然气、石化、煤化工等行业提供关键绿色转型方案，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。
变废为宝
当天，“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。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。
1月6日，北京，“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，评价委员会专家代表等合影。中新网记者 孙自法 摄
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研发团队指出，根据科技查新报告和中外现行工业情况，“离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术”属中国具有自主知识产权的原创性技术。其在消除污染物的同时，实现硫化氢资源完全变废为宝，可灵活适应于煤化工、石油化工、天然气开采等不同应用场景和不同规模，经济效益显著。目前，该项技术已申请26项专利，其中12项已获授权，并形成完整的专利包。
李灿院士表示，与现行技术工艺相比较，离场电催化分解硫化氢在温和、安全的条件下进行，实现环保治理和资源化完全利用的技术进步，主要有四方面技术创新：一是离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术；二是高效率、高稳定性的电化学池及系统；三是高转化率、高效分离的硫化氢氧化熔融一体反应系统；四是高品质硫磺和高纯氢气回收技术。
助力绿氢
中国科学大连化物所介绍说，硫化氢主要伴生或副产于天然气开采、炼油化工行业和煤化工过程。据不完全统计，中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10余年实验室研发，团队成功解决规模化分解硫化氢工程放大问题，研发出“离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术”。
离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺工业示范装置。中国科学院大连化物所 供图
该技术在反应空间上解耦化学反应和电荷传输，利用氧化/还原电对将生产目标产品的化学反应移离电极，在电解槽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反应。这一设计避免了硫磺在电极表面沉积及污染电池隔膜的难题，排除了催化剂表面气泡粘附对放氢反应的影响，发明了电催化制化学品的新反应模式。
据国际氢能协会预测，到2030年，中国绿氢规划产能约180万吨。研发团队称，若采用风光电驱动“离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术”，处理中国每年约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”(碳达峰、碳中和)目标具有重要意义。(完)
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