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長久以來，如何高效、清潔地處理劇毒廢氣硫化氫，是全球能源化工行業(yè)共同的痛點。如今，這個難題有了“中國方案”。

1月6日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李燦院士團隊研發(fā)的“離場電催化全分解硫化氫制氫和硫磺技術(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。評價委員會專家一致認(rèn)為：該成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

該項目為天然氣、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)展提供了堅實支撐。

破解硫化氫消除之困

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，正面臨著硫化氫排放所帶來的環(huán)境挑戰(zhàn)。據(jù)不完全統(tǒng)計，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。

為解決上述難題，李燦院士團隊自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)過十余年實驗室研發(fā)，團隊成功解決了規(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磺技術(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磺和質(zhì)子還原產(chǎn)氫。這一設(shè)計有效解決了硫磺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力學(xué)對放氫反應(yīng)的影響，實現(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。

從實驗室到工廠的“跨越”

目前，李燦院士團隊已與相關(guān)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首個工業(yè)示范項目。

該工業(yè)示范項目建成國內(nèi)外首套10萬方/年離場電催化全分解硫化氫制氫和硫磺中試示范裝置，該裝置以河南能源集團新鄉(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，由硫化氫氧化生產(chǎn)硫磺、質(zhì)子還原產(chǎn)氫和電化學(xué)池三個主體單元構(gòu)成。

其主要包含四個方面的技術(shù)創(chuàng)新：離場電催化全分解硫化氫制氫和硫磺技術(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)硫磺和高純氫氣回收技術(shù)。

運行數(shù)據(jù)顯示，裝置連續(xù)運行超過1000小時，實現(xiàn)了硫化氫的完全轉(zhuǎn)化（尾氣中硫化氫<1 ppm），產(chǎn)品硫磺純度>99.95%、氫氣純度>99.999%。

原創(chuàng)技術(shù)助力“雙碳”目標(biāo)

據(jù)介紹，該技術(shù)屬領(lǐng)域內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)性技術(shù)。目前，團隊已申請26項專利，其中12項已獲授權(quán)，并形成了完整的專利包。

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，有效保護了生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)“制氫+硫磺”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。同時，這項技術(shù)也對我國氫能產(chǎn)業(yè)及低碳能源體系建設(shè)具有積極推動作用，兼具環(huán)境與經(jīng)濟效益。

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。據(jù)團隊測算，若采用風(fēng)光電驅(qū)動該技術(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回收約73萬噸清潔低碳?xì)?，相?dāng)于綠氫規(guī)劃產(chǎn)能的40%，對推動相關(guān)行業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。