低成本制绿氢技术获突破

■本报记者　张胜杰《 中国能源报 》（ 2024年04月29日 第 12 版）

　　近日，中国科学院院士、大连化学物理研究所研究员李灿带领的团队在电催化全分解硫化氢制氢和硫磺研究中取得重要进展，成功研发出电子介导对驱动的离场电催化技术。

　　“该技术在室温、常压下，可实现硫化氢的分解，有望替代工业现行的克劳斯技术，实现天然气开采、炼油行业和煤化工过程中硫化氢的消除和资源化利用，将成为低成本制绿氢的一个新路径。”李灿告诉《中国能源报》记者，如果全面采用离场电催化全分解硫化氢制氢替代传统煤制氢，还可大量减排二氧化碳。

　　可资源化利用硫化氢

　　据介绍，硫化氢是一种有毒、有害物质，但同时又是含氢和硫的重要资源，主要伴生或副产于天然气开采、炼油行业和煤化工过程。据不完全统计，我国每年硫化氢处理量达80亿立方米，潜在待处理量超过100亿立方米，全球范围内每年处理量超过700亿立方米。

　　硫化氢如何消除并资源化利用，是天然气开采、炼油行业、煤化工等工业中长期面临的难题。据了解，现行的克劳斯工艺通过将硫化氢氧化生成硫磺和水而消除，而一次克劳斯处理的尾气中有大量的含硫污染物，需要进行二次处理，即使经过多级克劳斯反应过程，含硫污染物也不能被完全消除。与此同时，工业现行的克劳斯过程只回收了硫化氢中的硫磺，其氢元素被转化为水而损失。工业上也在使用LO—CAT脱硫技术，采用液相氧化工艺，回收硫磺，同样氢元素以水的形式排放。业界曾尝试高温热分解硫化氢制氢气和硫磺，由于该反应受制于热力学和动力学限制，采用传统热分解的硫化氢转化率低、能耗高。

　　氢气纯度可达99.999%

　　“由于常规热催化不能实现硫化氢完全消除并将氢元素转化为氢气，因此需要引入非常规技术手段。”李灿说。

　　据了解，早在2003年，该研究团队就开始致力于采用非常规技术进行硫化氢分解反应的研究，先后采用光催化、电催化、光电催化等技术探索硫化氢分解制氢和硫磺，原理上验证了光电催化路线的可行性。但实现硫化氢分解制氢和硫磺反应的规模化、连续化等工程方面存在很大困难。

　　据介绍，研究团队经过多年深耕电催化领域，研发成功了电子介导对驱动的离场电催化技术，解决了规模化分解硫化氢制氢和硫磺的工程放大问题。

　　“上述创新技术的核心是采用电子介导对将化学反应和电极表面的电荷交换反应解耦。”据李灿介绍，研究团队利用现代化工反应器，将氧化反应（硫磺生成）和还原反应（放氢过程）移离电极，在电化学池外部连结釜式反应器和悬浮床/固定床反应器分别实现硫化氢氧化制硫磺和放氢反应，而电化学池内部进行电子介导对的再生。

　　目前，该研究团队已经进行了实验室100升硫化氢/天的小规模试验，完成技术验证和长周期运行试验。结果显示，硫化氢转化率可大于99.9999%，氢气纯度不低于99.999%。研究团队共申请了17项专利，其中7项已授权，拥有完整的技术专利包，形成了具有自主知识产权的原创性技术。

　　据悉，李灿将上述硫化氢全分解制氢和硫磺工艺命名为电子介导对驱动的离场电催化技术。

　　技术应用前景可观

　　由于离场电催化技术解决了传统电催化规模化放大的难题，拓展了其应用范围，因此具有广阔应用前景。

　　2023年，我国采用克劳斯工艺消除的硫化氢达80亿立方米，若采用绿电供应的离场电催化技术处理，则可在完全消除硫化氢的同时，回收73万吨绿氢。“如果全面采用离场电催化全分解硫化氢制氢替代传统煤制氢，二氧化碳减排量可达1460万吨，将产生显著的社会效益和生态环境效益。”李灿告诉记者。

　　数据显示，将电解硫化氢制氢和电解水制氢两种技术进行对比，电解硫化氢制氢的能耗大约是电解水的1/7，目前，离场电催化技术可将电解能耗降到电解水的大约1/2。随着技术升级，会进一步降低电耗，在硫化氢资源丰富地区，用离场电催化技术制氢可节约大量电能。

　　据透露，李灿团队目前已和煤化工、石油化工和天然气开采相关企业合作，正在开展硫化氢完全分解制氢和硫磺项目的工业试验。

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