中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，中國科學(xué)院院士、大連化學(xué)物理研究所研究員李燦帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在電催化全分解硫化氫制氫和硫磺研究中取得重要進(jìn)展，成功研發(fā)出電子介導(dǎo)對(duì)驅(qū)動(dòng)的離場電催化技術(shù)。
“該技術(shù)在室溫、常壓下，可實(shí)現(xiàn)硫化氫的分解，有望替代工業(yè)現(xiàn)行的克勞斯技術(shù)，實(shí)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(gè)新路徑?！崩顮N告訴《中國能源報(bào)》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(zhì)，但同時(shí)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(jì)，我國每年硫化氫處理量達(dá)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(jìn)行二次處理，即使經(jīng)過多級(jí)克勞斯反應(yīng)過程，含硫污染物也不能被完全消除。與此同時(shí)，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(zhuǎn)化為水而損失。工業(yè)上也在使用LO—CAT脫硫技術(shù)，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?zé)岱纸饬蚧瘹渲茪錃夂土蚧?，由于該反?yīng)受制于熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)限制，采用傳統(tǒng)熱分解的硫化氫轉(zhuǎn)化率低、能耗高。
氫氣純度可達(dá)99.999%
“由于常規(guī)熱催化不能實(shí)現(xiàn)硫化氫完全消除并將氫元素轉(zhuǎn)化為氫氣，因此需要引入非常規(guī)技術(shù)手段。”李燦說。
據(jù)了解，早在2003年，該研究團(tuán)隊(duì)就開始致力于采用非常規(guī)技術(shù)進(jìn)行硫化氫分解反應(yīng)的研究，先后采用光催化、電催化、光電催化等技術(shù)探索硫化氫分解制氫和硫磺，原理上驗(yàn)證了光電催化路線的可行性。但實(shí)現(xiàn)硫化氫分解制氫和硫磺反應(yīng)的規(guī)?；⑦B續(xù)化等工程方面存在很大困難。
據(jù)介紹，研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年深耕電催化領(lǐng)域，研發(fā)成功了電子介導(dǎo)對(duì)驅(qū)動(dòng)的離場電催化技術(shù)，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(shù)的核心是采用電子介導(dǎo)對(duì)將化學(xué)反應(yīng)和電極表面的電荷交換反應(yīng)解耦?！睋?jù)李燦介紹，研究團(tuán)隊(duì)利用現(xiàn)代化工反應(yīng)器，將氧化反應(yīng)（硫磺生成）和還原反應(yīng)（放氫過程）移離電極，在電化學(xué)池外部連結(jié)釜式反應(yīng)器和懸浮床/固定床反應(yīng)器分別實(shí)現(xiàn)硫化氫氧化制硫磺和放氫反應(yīng)，而電化學(xué)池內(nèi)部進(jìn)行電子介導(dǎo)對(duì)的再生。
目前，該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室100升硫化氫/天的小規(guī)模試驗(yàn)，完成技術(shù)驗(yàn)證和長周期運(yùn)行試驗(yàn)。結(jié)果顯示，硫化氫轉(zhuǎn)化率可大于99.9999%，氫氣純度不低于99.999%。研究團(tuán)隊(duì)共申請了17項(xiàng)專利，其中7項(xiàng)已授權(quán)，擁有完整的技術(shù)專利包，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)性技術(shù)。
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(dǎo)對(duì)驅(qū)動(dòng)的離場電催化技術(shù)。
技術(shù)應(yīng)用前景可觀
由于離場電催化技術(shù)解決了傳統(tǒng)電催化規(guī)?；糯蟮碾y題，拓展了其應(yīng)用范圍，因此具有廣闊應(yīng)用前景。
2023年，我國采用克勞斯工藝消除的硫化氫達(dá)80億立方米，若采用綠電供應(yīng)的離場電催化技術(shù)處理，則可在完全消除硫化氫的同時(shí)，回收73萬噸綠氫?！叭绻娌捎秒x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(dá)1460萬噸，將產(chǎn)生顯著的社會(huì)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(shù)進(jìn)行對(duì)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(shù)可將電解能耗降到電解水的大約1/2。隨著技術(shù)升級(jí)，會(huì)進(jìn)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(shù)制氫可節(jié)約大量電能。
據(jù)透露，李燦團(tuán)隊(duì)目前已和煤化工、石油化工和天然氣開采相關(guān)企業(yè)合作，正在開展硫化氫完全分解制氫和硫磺項(xiàng)目的工業(yè)試驗(yàn)。
