硫化氢变废为宝新技术取得突破 国内首套中试装置成功运行

问题:硫化氢作为油气开采、炼化以及煤化工等流程中的常见副产物,毒性强、腐蚀性高,既直接威胁作业安全与周边居民健康,也会在大气环境中引发二次污染风险。

对相关行业而言,硫化氢不仅是环保合规的“高压线”,更是装置运行稳定性与安全生产的“硬约束”。

如何在确保安全的前提下实现彻底处置,并将其转化为可利用资源,长期以来是治理难点。

原因:传统处置路径多以脱硫、吸收与后续处理为主,往往面临流程复杂、能耗较高、二次污染控制压力大等问题;在资源化利用方面,硫化氢分解过程中硫磺易沉积堵塞,电极与隔膜容易被污染,反应效率与长期稳定性难以兼顾,导致从实验室走向工业规模时工程放大困难。

尤其在连续化生产条件下,固体硫磺的析出与分离、氢气纯度保障、系统稳定运行等环节,决定了技术能否真正落地。

影响:1月6日,由中国科学院大连化学物理研究所李灿院士团队研发的离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术在北京通过科技成果评价。

评价专家组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。

以此为基础,团队联合山东三维化学集团股份有限公司、榆林中科洁净能源创新研究院、灏鸣能源科技(大连)有限公司等单位,在河南新乡建成国内外首套年处理10万立方米硫化氢的中试示范装置。

装置连续稳定运行超过1000小时,实现硫化氢完全转化,产出纯度高于99.95%的硫磺以及纯度超过99.999%的高纯氢气。

业内认为,这一结果不仅意味着污染物可“清零式”处置,也展示出氢气与硫磺双产品的可观附加值,为“治理成本”向“资源收益”转变提供了现实样本。

对策:该技术的关键在于“离场”思路,即通过特殊的电子介导机制,将原本发生在电极表面的生成硫磺与析氢反应,转移到电解槽之外的独立反应器中完成。

这样一来,硫磺固体在反应与分离环节得到更合理的组织与控制,从源头降低了堵塞、污染电极和隔膜的风险,同时减少氢气气泡对电极表面反应的干扰,使系统在高效率与长周期稳定运行之间取得平衡。

据介绍,研发团队自2003年起持续攻关,围绕规模化分解硫化氢的工程放大问题形成系统解决方案,并构建自主知识产权体系,目前已申请相关专利26项,其中12项获授权,形成较完整的专利布局。

围绕工业化需求,团队还开展电化学池与系统优化、反应与分离一体化设计以及高品质硫磺和高纯氢气回收等关键技术研发,推动实验室成果向工程应用转化。

前景:从能源结构与产业转型的视角看,硫化氢治理不应止步于“达标排放”,更应探索与清洁能源供给相衔接的资源化路径。

测算显示,若以风电、光伏等可再生能源电力驱动该技术,对国内每年产生的硫化氢进行处理,可在消除污染隐患的同时回收数量可观的清洁氢气,有助于拓展工业领域低碳氢的来源,提升化工与能源系统的绿色竞争力。

随着中试示范稳定运行数据的积累,后续在煤化工、石油化工、天然气净化以及含硫尾气治理等场景的规模化应用值得期待。

专家同时指出,面向更大规模推广,还需在装置集成、全生命周期能耗与碳足迹评估、产品质量稳定性、经济性测算与安全规范等方面进一步验证,并建立与现有装置改造相适配的工程标准体系。

这项源自中国实验室的原创技术,不仅破解了困扰全球工业界数十年的环保难题,更开辟了"变毒为宝"的可持续发展新路径。

其成功实践表明,科技创新正在重塑传统工业的污染治理模式,将环保压力转化为发展动力。

随着技术迭代和产业协同的深入推进,我国有望在全球工业绿色转型中贡献更多"中国方案"。