中国科学家突破硫化氢处理难题 创新技术实现污染物资源化利用

问题:硫化氢是天然气净化、炼化与煤化工等流程中普遍产生的副产物,具有强毒性与腐蚀性,处置不当将带来环境与安全风险。

随着能源化工产业规模扩大,硫化氢处理量持续攀升。

据不完全统计,我国年处理硫化氢约80亿立方米,全球年处理量超过700亿立方米,潜在待处理量更为可观。

如何在确保安全的前提下,实现大规模、低能耗、低排放的硫化氢处置,成为行业共性难题。

原因:传统治理路线多以“去除为主、回收为辅”,在高含硫气源波动、装置连续稳定运行以及副产物处置等方面面临掣肘。

一方面,硫化氢转化过程易引发设备腐蚀、结垢堵塞等工程问题,长期运行成本高、维护难度大;另一方面,一些工艺在资源化程度和系统耦合能力上不足,难以同时兼顾彻底消除、清洁利用与规模化推广。

尤其在电化学分解等新路径中,硫磺在电极表面沉积、隔膜污染以及放氢反应受气泡黏附影响等问题,制约了工程放大与工业稳定性。

影响:此次通过评价的“离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术”,为破解上述矛盾提供了新的工程思路。

该技术将化学反应与电荷传输在空间上解耦,通过电子介导把原本发生在电极表面的反应“移出”电极,在电极外的反应器中分别完成硫化氢氧化生成硫磺和质子还原产生氢气。

由此不仅减少硫磺沉积对电极与隔膜的影响,也缓解气泡动力学对产氢效率的制约,增强了系统安全性与可靠性,为电化学系统与大型化工装置耦合、实现工程放大奠定基础。

更重要的是,该路线把“污染负担”转化为“资源产出”,形成“制氢+产硫”的双重收益机制,为产业绿色转型提供可量化的经济与环境回报。

对策:从实验室走向工业现场,是检验原创技术含金量的关键一关。

围绕工程化应用,研发团队联合企业在煤化工领域推进硫化氢消除与资源化利用示范,建成国内外首套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。

装置以甲醇生产过程中副产硫化氢为原料,采用撬装模块化设计,主要由硫化氢氧化制硫磺单元、质子还原产氢单元和电化学池等组成,并在电化学池高效稳定运行、硫化氢高转化与高效分离、以及高品质硫磺与高纯氢回收等方面形成系统集成能力。

运行数据显示,装置连续运行超过1000小时,实现硫化氢完全转化,尾气硫化氢去除率达99.95%,产氢纯度高于99.999%,显示出较强的工程稳定性与应用潜力。

前景:在“双碳”目标牵引下,氢能作为重要的能源载体和工业原料,其供给结构正加速向低碳化转变。

以可再生能源驱动的清洁制氢被寄予厚望,但在资源禀赋、成本约束与供需匹配等方面仍需多元化路径协同。

该技术的意义在于,把硫化氢这一高风险污染物纳入能源与化工系统的循环利用框架:既实现污染物“彻底消除”,又回收可利用的氢气与硫磺,有望成为天然气、炼化、煤化工等行业低碳改造的关键技术选项。

研发团队测算,若以风电、光伏等电力驱动该技术,处理我国年约80亿立方米硫化氢,可回收约73万吨清洁低碳氢,约相当于相关规划绿氢产能的四成。

这意味着在不新增上游资源开采压力的情况下,可通过存量污染物治理“挖潜”清洁氢源,为产业减排与能源结构优化提供增量空间。

与此同时,技术推广仍需面对不同工况下的适配性、装置寿命与运维体系、以及标准规范与安全评价等现实问题,需要产学研用协同推进规模化落地。

这项具有完全自主知识产权的技术突破,不仅改写了全球硫化氢治理的技术版图,更展现了我国在环保科技领域的创新能力。

随着生态文明建设的深入推进,科技创新正成为破解环境与发展矛盾的关键钥匙。

未来,如何在更大范围推广应用这一技术成果,加快形成产业化规模效应,将是对创新价值的最好检验,也是实现美丽中国目标的重要实践。