问题:硫化氢是天然气开采、炼油化工、煤化工等过程中的伴生或副产物,具有强毒性和强烈刺激性气味,进入大气后还可能氧化生成二氧化硫,诱发酸雨等环境风险。
随着传统能源在较长时期内仍是全球能源体系重要组成部分,硫化氢的大规模产生与处置矛盾愈发突出。
据不完全统计,我国每年需处理的硫化氢约80亿立方米,全球年处理量超过700亿立方米,潜在待处理规模更为可观。
如何在工业条件下实现硫化氢“彻底消除+高值利用”,长期以来是行业共性难题。
原因:传统处理路线多采用高温催化氧化等工艺,将硫化氢转化为硫磺和水,实现脱硫减排。
但该路径往往需要多级转化与复杂尾气处理,仍可能在末端排放中残留含硫污染物,难以从源头实现“零残留”的清洁处置;与此同时,硫化氢中所含氢元素难以直接转化为清洁能源,资源价值未能充分释放。
行业亟须一种既能提升消除彻底性、又能兼顾安全可靠和工程放大的新工艺体系。
影响:硫化氢处置能力与水平,直接关系到能源化工行业安全生产、区域大气环境质量以及绿色低碳转型进程。
一方面,治理不彻底会带来持续排放风险与环境外部成本;另一方面,若能将硫化氢“变害为利”,把污染物转化为氢气等清洁产品,就有望形成“减排—增效”协同的新增长点,为传统产业升级提供技术支撑。
尤其在氢能产业链加快布局背景下,副产或伴生资源的高效转化,对降低制氢成本、拓展供给来源具有现实意义。
对策:由中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员李灿团队研发的“离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术”,近日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。
评价委员会认为该成果达到国际领先水平,并建议扩大装置规模、加快推广应用。
该技术研发可追溯至2003年,团队围绕“能否用光、电等非常规手段分解硫化氢”持续攻关,最终形成具有自主知识产权的成套技术路线。
与传统电催化体系不同,该技术通过“空间解耦”的工程设计,将关键反应从电极表面转移至电极之外的特制反应器中分别进行:一端实现硫化氢氧化,生成高纯硫磺;另一端实现质子还原,产出清洁氢气。
通过电子介导机制将两端过程有效衔接,既避免了硫磺在电极表面沉积导致的失活和隔膜污染等工程痛点,也降低了气泡黏附对放氢动力学的不利影响,从而提升了系统稳定性和放大可行性。
业内人士认为,这种反应模式在工程原理上兼顾安全性与可靠性,为电化学系统与大型化工装置耦合提供了可操作的实现路径。
在产业化验证方面,团队联合企业在煤化工领域建设工业示范项目,围绕电化学池与系统、氧化熔融一体反应系统以及硫磺、氢气回收等环节集成创新,建成国内外首套10万立方米/年中试示范装置。
装置采用撬装模块化设计,由硫化氢氧化制硫、质子还原产氢和电化学池三大单元组成。
运行数据显示,该装置可连续运行超过1000小时,实现硫化氢完全转化,产物硫磺纯度高于99.95%、氢气纯度高于99.999%。
项目实践表明,该路径具备“治污+产出”的双重效益:一方面减少含硫污染物排放压力,另一方面提高副产资源价值,形成可观的社会经济收益。
前景:从行业发展看,能源化工领域减污降碳正从末端治理向源头减排、过程优化和资源化利用并重转变。
离场电催化全分解技术为硫化氢处理提供了新的技术选项,其推广应用有望在天然气净化、炼化脱硫、煤化工酸性气处置等场景中拓展空间。
下一步,随着装置规模扩大与工程经验积累,关键在于进一步优化能耗与系统集成,完善与现有装置的耦合改造路径,建立更完备的安全评价、运行标准与经济性评估体系,推动从示范走向规模化应用。
业内预计,若在典型园区实现成套落地,并与氢气利用、硫磺产品深加工形成闭环,将为绿色低碳转型提供更具弹性的解决方案。
从实验室基础研究到工业现场应用,这项历时二十载的科研攻关印证了"绿水青山就是金山银山"的发展理念。
在生态文明建设深入推进的当下,科技创新正成为破解环境治理与产业发展矛盾的关键钥匙,为全球能源体系绿色转型贡献中国方案。