他们将剧毒化合物“变废为宝”
1月6日，一项能将剧毒废气“变废为宝”的工业技术获得业界认可——“离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术”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。评价委员会专家一致认为，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。
该技术由中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所（以下简称大连化物所）研究员李灿团队研发。团队还联合有关企业共同完成了离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺工业示范项目。
研发源头要追溯到2003年。如今，20多年过去了，李灿感慨道：“通过持续努力，我们不仅在一定程度上解决了环境污染问题，还为天然气、石化、煤化工等行业提供了关键绿色转型方案。”
剧毒化合物的消除之困
硫化氢是一种无色、具有强烈臭鸡蛋气味的剧毒气体，广泛存在于自然界和工业生产中。
“硫化氢不仅对人体有一定的毒性，其进入大气后还会被氧化为二氧化硫，形成的酸雨对环境和生态系统造成危害。”李灿介绍，“当前，以天然气、石油、煤炭等一次能源为主体的全球能源体系，正面临硫化氢排放带来的严峻挑战。”
硫化氢主要伴生或副产于天然气开采、炼油化工和煤化工过程。据不完全统计，我国每年处理的硫化氢约80亿立方米，全球范围内年处理量超过700亿立方米，潜在待处理量超过4万亿立方米。
实现硫化氢的完全消除与资源化利用，一直是天然气开采、炼油化工、煤化工等工业过程中长期面临的难题。
此前，工业上处理硫化氢普遍采取的方法像是给硫化氢做一场“氧化手术”——在高温和催化剂的作用下，把有毒的硫化氢转化为固体硫磺和水，从而实现脱硫。然而，该方法即使经过多步催化转化，最终排放的尾气中仍然含有硫污染物，无法彻底实现清洁处理。
实验室到工厂的跨越
2003年，面对传统硫化氢处理工艺中污染残留与资源浪费等问题，李灿决心带领团队“另辟蹊径”：“我们思考能不能利用光、电等非常规手段来分解硫化氢。”
这在科学研究上并非易事。经过十余年的潜心探索与持续攻关，团队成功解决了规模化分解硫化氢工程放大问题，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”。
该技术的特殊之处在于其巧妙的“空间解耦”设计：通过电子介导机制，将化学反应“转移”到电极之外的特制反应器中分别进行—— 一个反应器专用于硫化氢氧化生成高纯硫磺，另一个则专用于质子还原生产清洁氢气。
这一设计有效解决了硫磺在电极表面沉淀及污染电池隔膜的工程难题，缓解了催化剂表面气泡黏附动力学对放氢反应的影响，实现了电化学系统与大型化工装置耦合和工程放大，改变了传统电催化体系的反应模式，在工程原理上具有安全性和可靠性。目前，该技术已申请26项专利，其中12项已获授权，形成了完整的专利包。
随后，李灿团队与企业合作，在煤化工领域开展了硫化氢消除与资源化利用的工业示范项目，主要“集结”四个方面的技术创新——离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术，高效率、高稳定性的电化学池及系统，高转化率、高效分离的硫化氢氧化熔融一体反应系统，高品质硫磺和高纯氢气回收技术。
与此同时，该项目建成了国内外首套10万立方米/年离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺中试示范装置。其采用撬装模块设计，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构成。
运行数据显示，该装置能够连续运行超过1000小时，实现了硫化氢的完全转化，并且产品硫磺纯度高于99.95%、氢气纯度高于99.999%。
“我们的装置既消除了硫化氢的污染，又实现了污染物的资源化利用，具有显著的社会经济效益。”李灿告诉《中国科学报》。
原创技术助力绿色发展
据了解，此前没有同类技术报道，“离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术”属于该领域的原创性技术，具有自主知识产权。
该技术可在温和、安全的条件下运行，为硫化氢的完全消除与资源化利用提供了全新路径，最大程度处理硫化氢等污染排放物，有效保护了生态环境，实现“制氢+硫磺”的双重资源化收益，拓宽了工业领域清洁低碳氢的生产路径。
与此同时，该技术也对我国氢能产业及低碳能源体系建设具有积极推动作用，兼具环境与经济效益。
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，处理我国每年约80亿立方米的硫化氢，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%，对推动相关行业实现“双碳”目标具有重要意义。
“这项技术为工业体系绿色转型提供了可复制的解决方案，也为富含硫化氢资源开发与工业绿色低碳发展提供了坚实支撑。”李灿表示，“未来，我们期待推动这项技术走向更广泛的应用，为天然气开采、石油炼化和煤炭加工利用等工业生产的可持续发展注入新活力。”
1月6日，一项能将剧毒废气“变废为宝”的工业技术获得业界认可——“离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术”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。评价委员会专家一致认为，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。
该技术由中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所（以下简称大连化物所）研究员李灿团队研发。团队还联合有关企业共同完成了离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺工业示范项目。
研发源头要追溯到2003年。如今，20多年过去了，李灿感慨道：“通过持续努力，我们不仅在一定程度上解决了环境污染问题，还为天然气、石化、煤化工等行业提供了关键绿色转型方案。”
剧毒化合物的消除之困
硫化氢是一种无色、具有强烈臭鸡蛋气味的剧毒气体，广泛存在于自然界和工业生产中。
“硫化氢不仅对人体有一定的毒性，其进入大气后还会被氧化为二氧化硫，形成的酸雨对环境和生态系统造成危害。”李灿介绍，“当前，以天然气、石油、煤炭等一次能源为主体的全球能源体系，正面临硫化氢排放带来的严峻挑战。”
硫化氢主要伴生或副产于天然气开采、炼油化工和煤化工过程。据不完全统计，我国每年处理的硫化氢约80亿立方米，全球范围内年处理量超过700亿立方米，潜在待处理量超过4万亿立方米。
实现硫化氢的完全消除与资源化利用，一直是天然气开采、炼油化工、煤化工等工业过程中长期面临的难题。
此前，工业上处理硫化氢普遍采取的方法像是给硫化氢做一场“氧化手术”——在高温和催化剂的作用下，把有毒的硫化氢转化为固体硫磺和水，从而实现脱硫。然而，该方法即使经过多步催化转化，最终排放的尾气中仍然含有硫污染物，无法彻底实现清洁处理。
实验室到工厂的跨越
2003年，面对传统硫化氢处理工艺中污染残留与资源浪费等问题，李灿决心带领团队“另辟蹊径”：“我们思考能不能利用光、电等非常规手段来分解硫化氢。”
这在科学研究上并非易事。经过十余年的潜心探索与持续攻关，团队成功解决了规模化分解硫化氢工程放大问题，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”。
该技术的特殊之处在于其巧妙的“空间解耦”设计：通过电子介导机制，将化学反应“转移”到电极之外的特制反应器中分别进行—— 一个反应器专用于硫化氢氧化生成高纯硫磺，另一个则专用于质子还原生产清洁氢气。
这一设计有效解决了硫磺在电极表面沉淀及污染电池隔膜的工程难题，缓解了催化剂表面气泡黏附动力学对放氢反应的影响，实现了电化学系统与大型化工装置耦合和工程放大，改变了传统电催化体系的反应模式，在工程原理上具有安全性和可靠性。目前，该技术已申请26项专利，其中12项已获授权，形成了完整的专利包。
随后，李灿团队与企业合作，在煤化工领域开展了硫化氢消除与资源化利用的工业示范项目，主要“集结”四个方面的技术创新——离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术，高效率、高稳定性的电化学池及系统，高转化率、高效分离的硫化氢氧化熔融一体反应系统，高品质硫磺和高纯氢气回收技术。
与此同时，该项目建成了国内外首套10万立方米/年离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺中试示范装置。其采用撬装模块设计，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构成。
运行数据显示，该装置能够连续运行超过1000小时，实现了硫化氢的完全转化，并且产品硫磺纯度高于99.95%、氢气纯度高于99.999%。
“我们的装置既消除了硫化氢的污染，又实现了污染物的资源化利用，具有显著的社会经济效益。”李灿告诉《中国科学报》。
原创技术助力绿色发展
据了解，此前没有同类技术报道，“离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术”属于该领域的原创性技术，具有自主知识产权。
该技术可在温和、安全的条件下运行，为硫化氢的完全消除与资源化利用提供了全新路径，最大程度处理硫化氢等污染排放物，有效保护了生态环境，实现“制氢+硫磺”的双重资源化收益，拓宽了工业领域清洁低碳氢的生产路径。
与此同时，该技术也对我国氢能产业及低碳能源体系建设具有积极推动作用，兼具环境与经济效益。
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，处理我国每年约80亿立方米的硫化氢，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%，对推动相关行业实现“双碳”目标具有重要意义。
“这项技术为工业体系绿色转型提供了可复制的解决方案，也为富含硫化氢资源开发与工业绿色低碳发展提供了坚实支撑。”李灿表示，“未来，我们期待推动这项技术走向更广泛的应用，为天然气开采、石油炼化和煤炭加工利用等工业生产的可持续发展注入新活力。”
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