硫化氢处理难题长期困扰全球能源产业。
作为一种剧毒且腐蚀性强的工业废气,硫化氢广泛存在于天然气、石油和煤炭开采以及石化、煤化工生产过程中。
据统计,我国每年需处理的硫化氢量约80亿立方米,全球年处理量超过700亿立方米,潜在待处理量更是高达4万亿立方米。
长期以来,如何高效、清洁地处理这一工业顽疾,已成为全球能源化工行业的共同痛点,也是制约相关产业绿色转型的关键瓶颈。
传统硫化氢处理技术存在多重局限。
常规方法多采用燃烧或硫磺回收等工艺,不仅处理成本高、效率低,而且难以实现污染物的完全消除和资源的充分利用。
李灿院士团队敏锐把握了这一产业需求,自2003年起便着手研究利用光、电等非常规手段分解硫化氢的新路径。
经过十多年的实验室研发和工程攻关,团队成功突破了规模化分解硫化氢的工程放大难题,创新性地研发出具有完全自主知识产权的"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改变了传统电催化体系的反应模式。
与以往在电极表面进行化学反应不同,新技术通过在反应空间上解耦化学反应和电荷传输,利用电子介导将电极表面反应移离电极,在电极外的专门反应器中分别完成硫化氢的氧化制硫磺和质子还原产氢两个过程。
这一设计创新性地解决了硫磺在电极表面沉淀污染隔膜的工程难题,缓解了气泡粘附对放氢反应的影响,实现了电化学系统与大型化工装置的耦合,具有更高的安全性和可靠性。
从实验室走向工业应用是该技术的重要突破。
李灿院士团队与河南能源集团新乡中新化工等企业合作,建成了国内外首套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。
该装置采用撬装模块设计,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组成,集成了四项关键技术创新:离场电催化全分解技术、高效高稳定电化学池系统、高转化率硫化氢氧化熔融一体反应系统,以及高品质硫磺和高纯氢气回收技术。
运行数据表明,装置连续运行超过1000小时,实现了硫化氢的完全转化,尾气中硫化氢含量仅为0.05%,氢气纯度达99.999%,达到工业应用要求。
该技术对国家能源战略具有重要推动作用。
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%,这将有力支撑我国氢能产业发展和低碳能源体系建设。
同时,该技术实现了"制氢+硫磺"的双重资源化收益,不仅最大程度消除了污染排放,保护了生态环境,而且创造了显著的经济效益,兼具环保和商业价值。
目前,团队已申请26项专利,其中12项已获授权,形成了完整的专利保护体系。
从“治污”到“产能”,从“被动处理”到“主动转化”,硫化氢资源化利用的突破折射出我国在绿色化工与能源技术领域向更高质量迈进的趋势。
面向未来,关键在于以工业化数据为基础持续优化成本与可靠性,推动技术成套化、标准化与规模化应用,让更多“难处理的废气”转化为支撑低碳发展的资源增量,为产业转型和生态环境改善提供更坚实的科技支撑。