大连化物所离场电催化技术

室温常压实现硫化氢全分解制氢和硫磺

本报讯（大连新闻传媒集团记者谢小芳）近日，中国科学院大连化学物理研究所李灿院士团队研发成功离场电催化技术，在室温、常压下实现硫化氢全分解制氢和硫磺，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消除和资源化利用，并成为低成本制绿氢新路径。相关成果发表在美国化学会环境领域旗舰期刊《Environmental Science & Technology》（环境科学与技术）上，审稿人认为“该工作介绍的离场电催化技术是硫化氢全分解制氢和硫磺领域的重大进展，提供了一种可与当前克劳斯技术竞争的有前景、原创性的新路径”。

硫化氢是一种剧毒化合物，也是一种重要的资源，通常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，我国每年的硫化氢产量约为80亿立方米，全球范围每年约为700亿立方米。硫化氢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课题，也是具有百年历史的重要研究课题。现行的高温氧化克劳斯工艺通过将硫化氢氧化成硫磺和水而消除，但尾气中有大量的含硫化合物排放，需要二次处理。并且，即使经过多步克劳斯过程，含硫污染物也并不能完全消除，其排放会危害环境。另外，克劳斯工艺只获得硫磺，氢被转化为水从而造成了资源损失。

李灿团队早在2003年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了硫化氢分解制氢和硫磺，原理上验证了光电催化技术路线的可行性。

研发团队解决了规模化分解硫化氢工程放大问题，通过电子介导对驱动，将化学反应和电极表面的电荷交换反应解耦，并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）转移并离开电极，开发了离场电催化技术，在电化学池外部连结釜式反应器和悬浮床/固定床反应器上，分别实现了硫化氢分解制硫磺和放氢反应，同时电化学池进行电子介导对的再生。目前，团队已经完成了实验室100升硫化氢/天的小试规模的技术验证和长周期运行实验，硫化氢转化率可大于99.9999%，含硫污染物排放低于百万分之一，氢气纯度达到99.999%以上。

该离场电催化反应工艺解决了电化学技术放大的工程难题。该项技术先后共申请了17项专利、7项授权，形成了具有我国自主知识产权的原创性技术以及系列专利技术。该技术具有可观的应用前景，目前天然气开采、石油炼制、煤化工领域的多家企业正在筹划该技术的转化落地。