硫化氢处理一直是能源工业面临的顽疾。
天然气、石油、煤炭等主流能源在开采过程中必然产生硫化氢,这一剧毒化合物极易被氧化为二氧化硫,形成酸雨,对生态环境和人体健康造成严重威胁。
根据不完全统计,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,潜在待处理量更是超过4万亿立方米。
传统处理技术存在明显缺陷,一方面容易导致硫化氢泄漏污染环境,另一方面虽能回收硫磺但将宝贵的氢资源浪费,无法实现真正意义上的资源化利用。
李灿院士团队经过二十多年持续攻关,成功研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"。
该技术的创新之处在于采用电催化而非传统热催化的方式。
硫化氢首先溶解在溶液中形成离子,在离子状态下进行反应,从根本上消除了气体泄漏的可能性。
更为巧妙的是,该技术将硫化氢分解反应分离在不同的电极场景中进行,在一个电极产生硫磺,在另一个电极产生氢气,实现了两种资源的同步获取。
这一创新来自于科研团队的持续创新实践。
最初,团队致力于水分解制氢研究,但发现水分解在热力学和原理上都存在重大难度。
随后,他们以硫化氢作为类比分子进行研究,意外发现其完全分解在原理上可行。
从几百毫升的小规模装置到5升的实验室规模,再到工程化应用,团队逐步推进技术发展。
在这一过程中,硫磺沉积在催化剂表面导致反应无法继续进行的问题曾一度成为难题,最终通过离场分解的创新设计得以巧妙解决。
目前,该项技术已申请26项专利,其中12项已获授权,形成了完整的专利包。
李灿院士团队与企业合作,在煤化工领域开展了工业示范项目,建成国内外首套10万方每年的离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺中试示范装置。
运行数据表明,该装置连续运行超过1000小时,实现了硫化氢的完全转化,产品硫磺纯度达99%以上,产氢品质达到工业级标准。
该技术的推广应用具有广泛的产业前景。
对于天然气开采、石油炼制、煤化工等行业而言,这项技术提供了既能消除环境污染又能创造经济价值的解决方案。
一方面,完全消除了硫化氢的泄漏风险,保护了生态环境和人体健康;另一方面,将原本被浪费的氢资源有效利用,为国家氢能战略的实施提供了新的供给来源,同时产生的高纯度硫磺也具有重要的经济价值。
中国石油和化学工业联合会组织的专家评价委员会一致认为该成果达到国际领先水平,建议加快扩大装置规模,推进产业化应用。
把高毒污染物转化为高价值产品,是工业绿色转型的重要方向。
硫化氢“变害为利”的突破,体现了以关键工艺创新打通“治理—回收—增值”链条的思路。
面向更大规模应用,唯有在安全、成本与系统集成上持续迭代,并通过示范工程推动标准与生态完善,才能让科技成果真正转化为产业减排的硬支撑与新质生产力的增长点。