1月6日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所 (以下簡稱大連化物所) 李燦院士團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“離場電催化全分解硫化氫制氫和硫黃技術(shù)”在北京通過中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果評價(jià)。評價(jià)委員會專家一致認(rèn)為：該成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平，同意通過評價(jià)，建議擴(kuò)大裝置規(guī)模，加快推廣應(yīng)用。
基于該技術(shù)，李燦團(tuán)隊(duì)還聯(lián)合山東三維化學(xué)集團(tuán)股份有限公司、榆林中科潔凈能源創(chuàng)新研究院、灝鳴能源科技 (大連) 有限公司共同完成了“離場電催化全分解硫化氫制氫和硫黃工業(yè)示范項(xiàng)目”。
該項(xiàng)目一定程度上解決了環(huán)境污染問題，為天然氣、石化、煤化工等行業(yè)提供了關(guān)鍵綠色轉(zhuǎn)型方案，也為高含硫化氫資源開發(fā)與工業(yè)綠色低碳發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)支撐。
硫化氫消除之困
當(dāng)前，以天然氣、石油、煤炭等一次能源為主體的全球能源體系的發(fā)展正面臨著硫化氫排放所帶來的環(huán)境挑戰(zhàn)。作為一種劇毒化合物，硫化氫容易被氧化為二氧化硫并形成酸雨，危害生態(tài)環(huán)境和人體健康。它主要伴生或副產(chǎn)于天然氣開采、煉油化工行業(yè)和煤化工過程。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國每年處理的硫化氫量約80億立方米，全球范圍內(nèi)年處理量超過700億立方米，潛在待處理量超過4萬億立方米。因此，實(shí)現(xiàn)硫化氫的完全消除與資源化利用，一直是天然氣開采、煉油化工行業(yè)、煤化工等工業(yè)過程中長期面臨的世界難題。
從實(shí)驗(yàn)室到工廠的“跨越”
為解決上述難題，李燦院士團(tuán)隊(duì)自2003年起便致力于探索利用光、電等非常規(guī)手段分解硫化氫。經(jīng)過十余年實(shí)驗(yàn)室研發(fā)，團(tuán)隊(duì)成功解決了規(guī)模化分解硫化氫工程放大問題，研發(fā)出具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的“離場電催化全分解硫化氫制氫和硫黃技術(shù)”。
該技術(shù)在反應(yīng)空間上解耦化學(xué)反應(yīng)和電荷傳輸，利用電子介導(dǎo)將電極表面反應(yīng)移離電極，在電極外的反應(yīng)器中分別完成硫化氫氧化制硫黃和質(zhì)子還原產(chǎn)氫。這一設(shè)計(jì)有效解決了硫黃在電極表面沉淀及污染電池隔膜的工程難題，緩解了催化劑表面氣泡粘附動(dòng)力學(xué)對放氫反應(yīng)的影響，實(shí)現(xiàn)了電化學(xué)系統(tǒng)與大型化工裝置耦合和工程放大，改變了傳統(tǒng)電催化體系的反應(yīng)模式，在工程原理上具有安全性和可靠性。
目前，該項(xiàng)技術(shù)已申請26項(xiàng)專利，其中12項(xiàng)已獲授權(quán)，并形成了完整的專利包。
此后，李燦院士團(tuán)隊(duì)與企業(yè)合作，在煤化工領(lǐng)域開展了硫化氫消除與資源化利用的工業(yè)示范項(xiàng)目。其主要包含四個(gè)方面的技術(shù)創(chuàng)新: 離場電催化全分解硫化氫制氫和硫黃技術(shù)；高效率、高穩(wěn)定性的電化學(xué)池及系統(tǒng)；高轉(zhuǎn)化率、高效分離的硫化氫氧化熔融一體反應(yīng)系統(tǒng)；高品質(zhì)硫黃和高純氫氣回收技術(shù)。
該工業(yè)示范項(xiàng)目建成國內(nèi)外首套10萬方/年離場電催化全分解硫化氫制氫和硫黃中試示范裝置，以河南能源集團(tuán)新鄉(xiāng)中新化工20萬噸/年甲醇裝置中副產(chǎn)的硫化氫為原料，采用撬裝模塊設(shè)計(jì)，由硫化氫氧化生產(chǎn)硫黃、質(zhì)子還原產(chǎn)氫和電化學(xué)池三個(gè)主體單元構(gòu)成。運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，裝置連續(xù)運(yùn)行超過1000小時(shí)，實(shí)現(xiàn)了硫化氫的完全轉(zhuǎn)化(尾氣中硫化氫<1 ppm)，產(chǎn)品硫黃純度>99.95%、氫氣純度>99.999%。
原創(chuàng)技術(shù)助力“雙碳”目標(biāo)
“離場電催化全分解硫化氫制氫和硫黃技術(shù)”是有自主知識產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)性技術(shù)。
該技術(shù)為硫化氫的完全消除與資源化利用提供了全新路徑，最大程度處理硫化氫等污染排放物，有效保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)“制氫+硫黃”的雙重資源化收益，拓寬了工業(yè)領(lǐng)域清潔低碳?xì)涞纳a(chǎn)路徑。
與此同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)也對我國氫能產(chǎn)業(yè)及低碳能源體系建設(shè)具有積極推動(dòng)作用，兼具環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益。
據(jù)國際氫能協(xié)會預(yù)測，到2030年，我國綠氫規(guī)劃產(chǎn)能約180萬噸。若采用風(fēng)光電驅(qū)動(dòng)該技術(shù)，處理我國每年約80億立方米的硫化氫，可在消除污染的同時(shí)回收約73萬噸清潔低碳?xì)洌喈?dāng)于綠氫規(guī)劃產(chǎn)能的40%，對推動(dòng)相關(guān)行業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。
