“电催化外科手术”破解硫化氢治理难题:实现全分解制氢与硫磺资源化利用

硫化氢作为一种剧毒化合物,长期困扰能源产业发展。

这种具有刺激性臭味的有害气体在被氧化后易形成二氧化硫,进而转化为酸雨,对生态环境和人体健康构成严重威胁。

据统计,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,待处理量更是超过4万亿立方米。

硫化氢主要伴生于天然气开采、石油炼制、化工生产和煤炭加工等工业过程,已成为制约相关产业可持续发展的关键瓶颈。

长期以来,工业界采用的是克劳斯气相氧化工艺处理硫化氢。

这一传统技术存在多方面局限:一是无法实现硫化氢的完全消除,仍有含硫污染物排放,需要配套复杂的尾气处理工艺;二是流程冗长繁琐,运行成本较高;三是在反应过程中氢资源以水的形式损失,无法有效利用。

这些问题使得传统工艺难以满足当代绿色发展和资源循环利用的要求。

李灿院士团队自2003年开始,持续探索利用光、电等非常规手段分解硫化氢。

经过十多年的科技攻关,团队成功开发出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"。

该技术的核心创新在于利用电子介导作用,将电极表面的化学反应转移至电极外的反应器中,在该空间内分别进行硫化氢的氧化制硫磺和质子还原产氢两个过程,实现了硫化氢的完全转化与资源化利用。

相比传统克劳斯工艺,新技术具有显著优势。

投资成本约为传统工艺的80%,经济效益明显;制氢过程不产生二氧化碳排放,符合低碳发展理念;与"电解水制氢"相比,该技术所消耗电费仅为后者的一半,能源利用效率更高。

目前,中试示范装置已在河南新乡建成,实现了年处理10万立方米硫化氢的规模,连续稳定运行超过1000小时,生产的硫磺纯度高于99.95%,氢气纯度超过99.999%,达到工业应用标准。

该装置采用撬装模块化设计,便于运输和部署,为未来的推广应用提供了技术基础。

从"双碳"目标的实现角度看,这项技术具有重要战略意义。

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。

若采用风光电驱动该技术处理我国每年80亿立方米的硫化氢,可在消除环境污染的同时回收约73万吨清洁低碳氢气,相当于绿氢规划产能的40%。

这意味着该技术不仅能解决长期困扰工业的环保难题,还能为国家清洁能源体系建设做出实质性贡献。

李灿指出,该技术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广泛的应用前景。

此外,该技术还有望拓展应用于挥发性有机化合物(VOC)的处理,为大气污染防治提供新的解决方案。

专家评价认为,应当加快推进装置规模扩大,加速推广应用进程,使这一创新成果尽快转化为现实生产力。

从实验室研发到工业化示范,这项技术的突破彰显了我国在环保科技领域的自主创新能力。

在推进生态文明建设和“双碳”目标的大背景下,科技创新正成为破解环境治理难题的关键钥匙。

未来,随着技术推广和产业协同,这项成果有望催生新的绿色经济增长点,为全球环境治理贡献中国智慧。