中國儲能網(wǎng)訊：近日，中國科學院院士、大連化學物理研究所研究員李燦帶領的團隊在電催化全分解硫化氫制氫和硫磺研究中取得重要進展，成功研發(fā)出電子介導對驅動的離場電催化技術。
“該技術在室溫、常壓下，可實現(xiàn)硫化氫的分解，有望替代工業(yè)現(xiàn)行的克勞斯技術，實現(xiàn)天然氣開采、煉油行業(yè)和煤化工過程中硫化氫的消除和資源化利用，將成為低成本制綠氫的一個新路徑。”李燦告訴《中國能源報》記者，如果全面采用離場電催化全分解硫化氫制氫替代傳統(tǒng)煤制氫，還可大量減排二氧化碳。
可資源化利用硫化氫
據(jù)介紹，硫化氫是一種有毒、有害物質，但同時又是含氫和硫的重要資源，主要伴生或副產(chǎn)于天然氣開采、煉油行業(yè)和煤化工過程。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年硫化氫處理量達80億立方米，潛在待處理量超過100億立方米，全球范圍內(nèi)每年處理量超過700億立方米。
硫化氫如何消除并資源化利用，是天然氣開采、煉油行業(yè)、煤化工等工業(yè)中長期面臨的難題。據(jù)了解，現(xiàn)行的克勞斯工藝通過將硫化氫氧化生成硫磺和水而消除，而一次克勞斯處理的尾氣中有大量的含硫污染物，需要進行二次處理，即使經(jīng)過多級克勞斯反應過程，含硫污染物也不能被完全消除。與此同時，工業(yè)現(xiàn)行的克勞斯過程只回收了硫化氫中的硫磺，其氫元素被轉化為水而損失。工業(yè)上也在使用LO—CAT脫硫技術，采用液相氧化工藝，回收硫磺，同樣氫元素以水的形式排放。業(yè)界曾嘗試高溫熱分解硫化氫制氫氣和硫磺，由于該反應受制于熱力學和動力學限制，采用傳統(tǒng)熱分解的硫化氫轉化率低、能耗高。
氫氣純度可達99.999%
“由于常規(guī)熱催化不能實現(xiàn)硫化氫完全消除并將氫元素轉化為氫氣，因此需要引入非常規(guī)技術手段?！崩顮N說。
據(jù)了解，早在2003年，該研究團隊就開始致力于采用非常規(guī)技術進行硫化氫分解反應的研究，先后采用光催化、電催化、光電催化等技術探索硫化氫分解制氫和硫磺，原理上驗證了光電催化路線的可行性。但實現(xiàn)硫化氫分解制氫和硫磺反應的規(guī)?；?、連續(xù)化等工程方面存在很大困難。
據(jù)介紹，研究團隊經(jīng)過多年深耕電催化領域，研發(fā)成功了電子介導對驅動的離場電催化技術，解決了規(guī)模化分解硫化氫制氫和硫磺的工程放大問題。
“上述創(chuàng)新技術的核心是采用電子介導對將化學反應和電極表面的電荷交換反應解耦。”據(jù)李燦介紹，研究團隊利用現(xiàn)代化工反應器，將氧化反應（硫磺生成）和還原反應（放氫過程）移離電極，在電化學池外部連結釜式反應器和懸浮床/固定床反應器分別實現(xiàn)硫化氫氧化制硫磺和放氫反應，而電化學池內(nèi)部進行電子介導對的再生。
目前，該研究團隊已經(jīng)進行了實驗室100升硫化氫/天的小規(guī)模試驗，完成技術驗證和長周期運行試驗。結果顯示，硫化氫轉化率可大于99.9999%，氫氣純度不低于99.999%。研究團隊共申請了17項專利，其中7項已授權，擁有完整的技術專利包，形成了具有自主知識產(chǎn)權的原創(chuàng)性技術。
據(jù)悉，李燦將上述硫化氫全分解制氫和硫磺工藝命名為電子介導對驅動的離場電催化技術。
技術應用前景可觀
由于離場電催化技術解決了傳統(tǒng)電催化規(guī)?；糯蟮碾y題，拓展了其應用范圍，因此具有廣闊應用前景。
2023年，我國采用克勞斯工藝消除的硫化氫達80億立方米，若采用綠電供應的離場電催化技術處理，則可在完全消除硫化氫的同時，回收73萬噸綠氫。“如果全面采用離場電催化全分解硫化氫制氫替代傳統(tǒng)煤制氫，二氧化碳減排量可達1460萬噸，將產(chǎn)生顯著的社會效益和生態(tài)環(huán)境效益?！崩顮N告訴記者。
數(shù)據(jù)顯示，將電解硫化氫制氫和電解水制氫兩種技術進行對比，電解硫化氫制氫的能耗大約是電解水的1/7，目前，離場電催化技術可將電解能耗降到電解水的大約1/2。隨著技術升級，會進一步降低電耗，在硫化氫資源豐富地區(qū)，用離場電催化技術制氫可節(jié)約大量電能。
據(jù)透露，李燦團隊目前已和煤化工、石油化工和天然氣開采相關企業(yè)合作，正在開展硫化氫完全分解制氫和硫磺項目的工業(yè)試驗。
