剧毒废气变清洁能源：中国首创“离场电催化”技术实现硫化氢制氢
发布时间：2026-04-14
从臭鸡蛋味的剧毒气体，到高纯氢气与高品质硫磺——一项来自中国的原创技术，正在改写全球能源化工行业的“污染治理账本”。
在天然气开采、石油炼化和煤化工过程中，有一种无色却气味如臭鸡蛋的剧毒气体，始终困扰着工业界——它就是硫化氢。它既是环境安全的“定时炸弹”，也是被浪费的资源宝库。如今，这道百年难题终于有了“中国方案”。
硫化氢之困：被浪费的宝藏与被忽视的污染
硫化氢是一种具有强烈臭鸡蛋气味的剧毒气体，主要伴生或副产于天然气开采、炼油化工和煤化工过程。它不仅对人体健康构成直接威胁，进入大气后还会被氧化为二氧化硫，进而形成酸雨，对环境和生态系统造成严重危害。
据不完全统计，我国每年处理的硫化氢量约80亿立方米，全球范围内年处理量超过700亿立方米，潜在待处理量更是高达4万亿立方米。
长期以来，工业界处理硫化氢的主流方法是克劳斯工艺——在高温和催化剂的作用下，将硫化氢氧化为固体硫磺和水。这套拥有百年历史的技术虽然成熟可靠，却存在两个致命缺陷：即使经过多级催化转化，尾气中仍含有硫污染物，无法实现完全清洁处理；同时，该工艺只回收了硫资源，而硫化氢中的氢元素则被转化为水白白浪费。
“硫化氢由硫和氢组成。现在的技术能把硫磺回收下来，但把氢烧成水了，很可惜的。”中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员李灿在接受采访时坦言，“现在国家重视氢能的发展，用高昂的代价去采氢。理论上硫化氢里的氢能拿出来，但现在浪费了。”
从“无心插柳”到二十年磨一剑
故事的起点，是一个“无心插柳柳成荫”的意外发现。2003年，李灿团队的主攻方向其实是水分解制氢，但水的分解在热力学上难度极大。在探索过程中，团队拿硫化氢作为类比分子进行研究，意外发现硫化氢可以被完全分解。
“硫化氢是一个剧毒的东西，不让大量地进来实验室。所以我们就用小瓶的，先在小小的装置上试着，原理上觉得也是可以的，然后几百毫升，最后在实验室做到5升的规模也是可以的。”李灿回忆道。
然而，从实验室走向工厂的道路远比想象中艰难。在工程化试验中，团队遇到了一个令所有电催化技术望而生畏的“拦路虎”——硫磺沉积。硫化氢在分解过程中会生成固态硫磺，这些硫磺附着在催化剂表面，如果不及时清除，反应就会迅速中止。
“硫磺产生以后就附着在催化剂表面上，不脱落下来，这个反应就没办法继续进行。”李灿说，“工程上也难以避免硫磺沉积在表面上，你要发生反应，要生成硫磺，它肯定要沉积在表面上，这是一对矛盾。”
团队花了很长时间寻找解决方案，最终创造性地提出了“离场电催化”这一全新反应模式。
离场电催化：为化学反应设置“专用车间”
李灿团队研发的“离场电催化全分解硫化氢制氢和硫磺技术”，其核心创新在于反应空间上的“解耦设计” 。
传统电催化反应在电极表面进行，硫化氢氧化生成的硫磺会直接沉积在电极上，导致系统迅速“瘫痪”。而李灿团队的技术通过特殊的电子介导机制，将化学反应与电荷传输在空间上解耦，利用电子介导将电极表面的反应“移离”电极，在电极外的两个独立反应器中分别完成硫化氢氧化制硫磺和质子还原产氢。
“这一设计，犹如为化学反应设置了‘专用车间’。”李灿形象地解释道，“从根本上避免了硫磺固体堵塞、污染电极和隔膜的难题，也排除了催化剂表面氢气气泡黏附对析氢反应的影响，使得整个系统能够稳定、高效、规模化运行。”
这套新工艺在温和、安全的条件下运行，实现了从实验室原理到大型化工程应用的重大跨越。目前，该技术已申请26项专利，其中12项已获授权，并形成了完整的专利包。
从实验室到工厂：10万立方米中试示范装置交卷
技术的真正价值在于落地。基于这一原创技术，李灿院士团队联合山东三维化学集团股份有限公司、榆林中科洁净能源创新研究院、灏鸣能源科技（大连）有限公司等企业，在河南新乡成功建成了国内外首套年处理10万立方米硫化氢的中试示范装置。
该装置以河南能源集团新乡中新化工20万吨/年甲醇装置中副产的硫化氢为原料，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。
运行数据令人振奋：装置连续稳定运行超过1000小时，实现了硫化氢的完全转化（尾气中硫化氢含量小于百万分之一），产品硫磺纯度高于99.95%，氢气纯度更是高达99.999%，真正做到了“吃干榨净”、变废为宝。
2026年1月6日，这项技术在北京顺利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，建议扩大装置规模，加快推广应用。根据科技查新报告和国内外现行工业情况，此前未见同类技术报道，该技术属于该领域具有自主知识产权的原创性成果。
“一箭双雕”：污染治理变资源创收
这项技术的最大价值在于，它将传统上“只投入、无产出”的环保治理，转变为“既消除污染、又创造收益”的资源化利用。
从环境效益看，该技术实现了硫化氢的完全消除，从根本上杜绝了酸雨前体物二氧化硫的排放，最大程度保护了生态环境。
从经济效益看，该技术同时产出高纯氢气和硫磺两种高价值产品。硫磺纯度高于99.95%，可作为优质工业原料；氢气纯度高于99.999%，属于清洁低碳氢，可直接用于氢能产业链。
从能源战略角度看，若采用风电、光伏等可再生能源产生的电力驱动该技术，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。据国际氢能协会预测，到2030年我国绿氢规划产能约180万吨——这意味着该项技术可贡献我国绿氢规划产能的40%以上。李灿表示，这项技术有效拓宽了工业领域清洁低碳氢的生产路径，对我国氢能产业及低碳能源体系建设具有积极推动作用。
产业化加速度：从示范走向商业化
技术的产业化步伐正在加快。2026年4月13日，三维化学在投资者互动平台表示，其与中国科学院大连化学物理研究所李灿院士团队合作研发的“10万方/年炼化工业硫化氢离场电催化分解制氢气和硫磺技术开发”已完成中试试验，并通过科技成果评价。下一步双方将重点开发更大规模的工艺包，同时推进工业化示范装置应用，争取尽快实现商业化推广应用。
专家评价指出，该工艺可在温和、安全的条件下运行，在煤化工、石油化工、油气开采等行业具有很好的应用前景。
与此同时，其他科研团队也在硫化氢资源化利用领域取得进展。中国科学院大连化物所邓德会、崔晓菊团队开发出具有双级“铠甲”结构的整体式电极，实现了在工业安培级电流密度下高效分解硫化氢制备氢气和单质硫，相关成果发表于《德国应用化学》。西南石油大学唐春、周莹教授团队则开发了光伏-电催化H₂S直接分解系统，实现了低能耗制氢脱硫，相关成果发表在《科学通报》。
结语
从2003年到2026年，二十余年的持续攻关，李灿院士团队将一个“无心插柳”的科学发现，打磨成改变行业格局的工业技术。这项技术不仅为全球能源化工行业提供了一套处理硫化氢的全新方案，更开辟了一条“以废治废、变废为宝”的绿色低碳发展路径。在“双碳”目标的时代背景下，从剧毒废气中“榨”出氢能——这套中国方案，正在为全球工业绿色转型贡献重要力量。
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