CN107485978A - 六氟化硫和氮气混合气体回收分离提纯装置及方法 - Google Patents

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Abstract

六氟化硫和氮气混合气体回收分离提纯装置，包括依次通过气体回收管路连接的混合气体进气口、第一压力表、第一阀门、原料气体输入动力***、第一单向阀、气体预处理***、第二阀门、第二压力表、混合气体分离***、第三压力表、第三阀门、产品气体回收***、第四阀门、第四压力表和六氟化硫气体出气口；气体分离***与气体预处理***之间还连接有混合气体循环管路，气体分离***连接有尾气排出管路。本发明还公开了一种六氟化硫和氮气混合气体回收分离提纯装置的回收分离提纯方法。本发明实现了SF6/N2混合气体的分离提纯，有助于SF6/N2混合绝缘气体代替纯SF6气体的推广，减少SF6气体使用量，有极大的经济和环境效益，也积极地推动了国家绿色电网的建设。

Description

六氟化硫和氮气混合气体回收分离提纯装置及方法
技术领域
本发明属于六氟化硫气体分离提纯技术领域，特别涉及一种六氟化硫和氮气混合气体回收分离提纯装置及方法。
背景技术
六氟化硫（SF6）气体是一种化学性能十分稳定的气体，作为一种优良的绝缘和灭弧介质，被广泛地应用于各种电气设备中。但SF6气体在应用中也有其不足之处：（1）对电场均匀程度比较敏感，只有在均匀或稍不均匀电场中才能显示出它的优势；（2）SF6气体是被列入《京都议定书》和《巴厘岛路线图》中的温室效应气体，其温室效应是等量CO2气体的23900倍，且SF6气体可在大气中稳定存在长达3200年；（3）SF6气体的价格比较高等。这样就限制了它的应用，而目前在找到SF6气体代替品之前，利用SF6混合气体来代替纯SF6气体是较为有效的方法。为解决SF6气体的温室效应及低温易液化问题的日益突出,SF6/N2、SF6/CF4等混合绝缘气体被认为是目前最有发展前景的替代介质
通过对环境和经济方面的考量，由于N2的无危害性和价格低廉等原因，用SF6/N2混合气体代替高纯的SF6气体作为绝缘介质是绿色电力发展的趋势。相关研究文献表明，在N2中注入20%～30%的SF6气体后，SF6/N2混合气体绝缘性能指标可以达到纯SF6气体的80%左右；又据了解，SF6（30%）与N2(70%)的混合气体绝缘开关设备已经列入国家电网公司和南方电网公司SF6混合气体高压电气设备项目的研究计划中。
SF6/N2混合气体电气设备在运行过程中不可避免需要进行检修维护工作，而在检修过程中SF6、N2混合气体的回收储存以及分离净化等工作也是必须进行的。
随着我国SF6/N2混合绝缘气体电气设备发展的趋势，SF6/N2混合气体的分离提纯技术也提上应用日程。目前SF6/N2混合气体分离方法主要有低温精馏法、PSA法（变压吸附法）和膜分离方法。低温精馏法适用于处理高浓度的SF6气体或混合气体，处理低混合比的SF6/N2混合气体时由于所需的温度、压力等工艺条件较高，设备体型较大，不适用于SF6/N2混合绝缘气体现场检修时的气体快速分离回收流程，而且其混合气体回收与混合气体分离流程为分阶段执行，气体回收与分离阶段不可同时进行，现场气体处理效率较低，所以不宜采用；PSA法已经商业化用于从空气中分离氧气，技术比较成熟，但是处理SF6气体含量比较低的SF6/N2混合气体时，一是回收所得到的SF6气体浓度不高，无法压缩液化储存；二是PSA法现场处理时其变压吸附装置饱和后需要再生，所以也不推荐现场使用。而利用膜技术分离SF6/N2混合气体，可以很好的解决该问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，本发明提供一种六氟化硫和氮气混合气体回收分离提纯装置及方法，其可以将分离后的SF6浓度提高至90%（体积比）以上，而分离排放出去的N2中SF6含量低于1000ppm；分离提纯后的高浓度SF6气体便于压缩液化储存以及为SF6气体的净化再利用提供便利。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：六氟化硫和氮气混合气体回收分离提纯装置，包括依次通过气体回收管路连接的混合气体进气口、第一压力表、第一阀门、原料气体输入动力***、第一单向阀、气体预处理***、第二阀门、第二压力表、混合气体分离***、第三压力表、第三阀门、产品气体回收***、第四阀门、第四压力表和六氟化硫气体出气口；
气体预处理***上连接有第五压力表和温度计；
气体分离***与气体预处理***之间还连接有混合气体循环管路，气体分离***连接有尾气排出管路。
混合气体循环管路上由气体分离***到气体预处理***的方向依次设置有第五阀门、循环气体动力***和第二单向阀。
还包括抽真空***，抽真空***包括真空泵、第一抽真空管路和第二抽真空管路，第一抽真空管路的抽气口与产品气体回收***连接，第二抽真空管路的抽气口连接在第四阀门和第四压力表之间的气体回收管路上，第一抽真空管路上设置有第六阀门，第二抽真空管路上设置有第七阀门，第一抽真空管路和第二抽真空管路的出气口与真空的抽气口连接，真空泵的抽气口设置有第六压力表。
尾气排出管路沿气流方向依次设置有第八阀门、尾气处理***和尾气排放口。
六氟化硫和氮气混合气体回收分离提纯装置的回收分离提纯方法，包括以下步骤，
（1）、将混合气体进气口与六氟化硫和氮气混合绝缘气体电气设备的排气口连接，将六氟化硫气体出气口与六氟化硫外接容器或六氟化硫外接管路的进气口连接；
（2）、开启第六阀门和第七阀门，启动真空泵至少30分钟，通过第一抽真空管路对产品气回收***内部进行抽真空，通过第二抽真空管路对六氟化硫外接容器或六氟化硫外接管路抽真空；
（3）、关闭真空泵、第六阀门和第七阀门，开启第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门和第八阀门，启动原料气体输入动力***、气体预处理***、混合气体分离***和循环气体动力***，六氟化硫和氮气混合气体由混合气体进气口进入到气体回收管路，首先通过第一阀门调节进气流量，然后通过原料气体输入动力***，经单向阀，以确定的压力进入气体预处理***，气体预处理***处理混合气体内的粉尘絮状物、SF6分解产物和水分，粉尘处理精度可达到0.01μm，并将原料气体加温至额定的温度45℃，然后再调节第二阀门，以稳定的压力、流量进入气体分离***；
气体分离***采用气体膜分离原理，通过原料气体输入动力***、气体预处理***、第一阀门和第二阀门使得原料气体压力、温度、流量达到气体分离***工艺条件要求；
六氟化硫和氮气混合气体以额定的压力、温度、流量由气体分离***原料气进口进入，经气体分离***分离后，混合气体分为三路气体：尾气、产品气体和循环气体，尾气的主成分为氮气，含有微量的六氟化硫气体；循环气体的主成分为氮气和六氟化硫气体，六氟化硫气体占比大于50%；产品气体的主成分为六氟化硫气体，六氟化硫气体的浓度≥90%；
循环气体通过气体分离***的循环气出口，经第五阀门、循环气体动力***、第二单向阀进入气体预处理***，重新加入混合气体分离流程；
尾气通过气体分离***尾气出口，经第八阀门进入尾气处理***内，经尾气处理***的处理达标后通过尾气排放口排放，其排放气中六氟化硫含量低于1000ppm；
产品气体通过气体分离***的产品气出口，经第三阀门、产品气体回收***、第四阀门后，将混合气体分离后的高浓度六氟化硫产品气回收并储存至外接六氟化硫容器中；
（4）、当第一压力表的示数低于5000Pa后，表示六氟化硫和氮气混合绝缘气体电气设备中混合气体被抽净，关闭开启第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门和第八阀门，关闭原料气体输入动力***、气体预处理***、混合气体分离***和循环气体动力***，回收分离提纯作业结束。
采用上述技术方案，本发明可以处理SF6体积比为0—60%的SF6/N2混合气体，均可以使得SF6产品气浓度达到90%（体积比）以上，而N2排放口SF6含量低于1000ppm。本发明实现了SF6/N2混合气体的分离提纯，克服了低温精馏法分离时工况要求高，PSA法分离时SF6纯度不够高等问题。使得SF6/N2混合气体在应用过程中解决了现场快速回收分离回收的难题。有助于SF6/N2混合绝缘气体代替纯SF6气体的推广，减少SF6气体使用量，有极大的经济和环境效益，也积极地推动了国家绿色电网的建设。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的六氟化硫和氮气混合气体回收分离提纯装置，包括依次通过气体回收管路连接的混合气体进气口1、第一压力表2、第一阀门3、原料气体输入动力***4、第一单向阀5、气体预处理***6、第二阀门7、第二压力表8、混合气体分离***9、第三压力表27、第三阀门10、产品气体回收***11、第四阀门12、第四压力表13和六氟化硫气体出气口14；
气体预处理***6上连接有第五压力表15和温度计16；
气体分离***与气体预处理***6之间还连接有混合气体循环管路，气体分离***连接有尾气排出管路。
混合气体循环管路上由气体分离***到气体预处理***6的方向依次设置有第五阀门17、循环气体动力***18和第二单向阀19。
本发明还包括抽真空***，抽真空***包括真空泵20、第一抽真空管路和第二抽真空管路，第一抽真空管路的抽气口与产品气体回收***11连接，第二抽真空管路的抽气口连接在第四阀门12和第四压力表13之间的气体回收管路上，第一抽真空管路上设置有第六阀门21，第二抽真空管路上设置有第七阀门22，第一抽真空管路和第二抽真空管路的出气口与真空的抽气口连接，真空泵20的抽气口设置有第六压力表23。
尾气排出管路沿气流方向依次设置有第八阀门24、尾气处理***25和尾气排放口26；
六氟化硫和氮气混合气体回收分离提纯装置的回收分离提纯方法，包括以下步骤，
（1）、将混合气体进气口1与六氟化硫和氮气混合绝缘气体电气设备的排气口连接，将六氟化硫气体出气口14与六氟化硫外接容器或六氟化硫外接管路的进气口连接；
（2）、开启第六阀门21和第七阀门22，启动真空泵20至少30分钟，通过第一抽真空管路对产品气回收***内部进行抽真空，通过第二抽真空管路对六氟化硫外接容器或六氟化硫外接管路抽真空；
（3）、关闭真空泵20、第六阀门21和第七阀门22，开启第一阀门3、第二阀门7、第三阀门10、第四阀门12、第五阀门17和第八阀门24，启动原料气体输入动力***4、气体预处理***6、混合气体分离***9和循环气体动力***18，六氟化硫和氮气混合气体由混合气体进气口1进入到气体回收管路，首先通过第一阀门3调节进气流量，然后通过原料气体输入动力***4，经单向阀，以确定的压力进入气体预处理***6，气体预处理***6处理混合气体内的粉尘絮状物、SF6分解产物和水分，粉尘处理精度可达到0.01μm，并将原料气体加温至额定的温度45℃，然后再调节第二阀门7，以稳定的压力、流量进入气体分离***；
气体分离***采用气体膜分离原理，通过原料气体输入动力***4、气体预处理***6、第一阀门3和第二阀门7使得原料气体压力、温度、流量达到气体分离***工艺条件要求；
六氟化硫和氮气混合气体以额定的压力、温度、流量由气体分离***原料气进口进入，经气体分离***分离后，混合气体分为三路气体：尾气、产品气体和循环气体，尾气的主成分为氮气，含有微量的六氟化硫气体；循环气体的主成分为氮气和六氟化硫气体，六氟化硫气体占比大于50%；产品气体的主成分为六氟化硫气体，六氟化硫气体的浓度≥90%；
循环气体通过气体分离***的循环气出口，经第五阀门17、循环气体动力***18、第二单向阀19进入气体预处理***6，重新加入混合气体分离流程；
尾气通过气体分离***尾气出口，经第八阀门24进入尾气处理***25内，经尾气处理***25的处理达标后通过尾气排放口26排放，其排放气中六氟化硫含量低于1000ppm；
产品气体通过气体分离***的产品气出口，经第三阀门10、产品气体回收***11、第四阀门12后，将混合气体分离后的高浓度六氟化硫产品气回收并储存至外接六氟化硫容器中；
（4）、当第一压力表2的示数低于5000Pa后，表示六氟化硫和氮气混合绝缘气体电气设备中混合气体被抽净，关闭开启第一阀门3、第二阀门7、第三阀门10、第四阀门12、第五阀门17和第八阀门24，关闭原料气体输入动力***4、气体预处理***6、混合气体分离***9和循环气体动力***18，回收分离提纯作业结束。

Claims (5)

1.六氟化硫和氮气混合气体回收分离提纯装置，其特征在于：包括依次通过气体回收管路连接的混合气体进气口、第一压力表、第一阀门、原料气体输入动力***、第一单向阀、气体预处理***、第二阀门、第二压力表、混合气体分离***、第三压力表、第三阀门、产品气体回收***、第四阀门、第四压力表和六氟化硫气体出气口；
气体预处理***上连接有第五压力表和温度计；
气体分离***与气体预处理***之间还连接有混合气体循环管路，气体分离***连接有尾气排出管路。
2.根据权利要求1所述的六氟化硫和氮气混合气体回收分离提纯装置，其特征在于：混合气体循环管路上由气体分离***到气体预处理***的方向依次设置有第五阀门、循环气体动力***和第二单向阀。
3.根据权利要求2所述的六氟化硫和氮气混合气体回收分离提纯装置，其特征在于：还包括抽真空***，抽真空***包括真空泵、第一抽真空管路和第二抽真空管路，第一抽真空管路的抽气口与产品气体回收***连接，第二抽真空管路的抽气口连接在第四阀门和第四压力表之间的气体回收管路上，第一抽真空管路上设置有第六阀门，第二抽真空管路上设置有第七阀门，第一抽真空管路和第二抽真空管路的出气口与真空的抽气口连接，真空泵的抽气口设置有第六压力表。
4.根据权利要3所述的六氟化硫和氮气混合气体回收分离提纯装置，其特征在于：尾气排出管路沿气流方向依次设置有第八阀门、尾气处理***和尾气排放口。
5.采用如权利要求4所述的六氟化硫和氮气混合气体回收分离提纯装置的回收分离提纯方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1）、将混合气体进气口与六氟化硫和氮气混合绝缘气体电气设备的排气口连接，将六氟化硫气体出气口与六氟化硫外接容器或六氟化硫外接管路的进气口连接；
（2）、开启第六阀门和第七阀门，启动真空泵至少30分钟，通过第一抽真空管路对产品气回收***内部进行抽真空，通过第二抽真空管路对六氟化硫外接容器或六氟化硫外接管路抽真空；
（3）、关闭真空泵、第六阀门和第七阀门，开启第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门和第八阀门，启动原料气体输入动力***、气体预处理***、混合气体分离***和循环气体动力***，六氟化硫和氮气混合气体由混合气体进气口进入到气体回收管路，首先通过第一阀门调节进气流量，然后通过原料气体输入动力***，经单向阀，以确定的压力进入气体预处理***，气体预处理***处理混合气体内的粉尘絮状物、SF6分解产物和水分，粉尘处理精度可达到0.01μm，并将原料气体加温至额定的温度45℃，然后再调节第二阀门，以稳定的压力、流量进入气体分离***；
气体分离***采用气体膜分离原理，通过原料气体输入动力***、气体预处理***、第一阀门和第二阀门使得原料气体压力、温度、流量达到气体分离***工艺条件要求；
六氟化硫和氮气混合气体以额定的压力、温度、流量由气体分离***原料气进口进入，经气体分离***分离后，混合气体分为三路气体：尾气、产品气体和循环气体，尾气的主成分为氮气，含有微量的六氟化硫气体；循环气体的主成分为氮气和六氟化硫气体，六氟化硫气体占比大于50%；产品气体的主成分为六氟化硫气体，六氟化硫气体的浓度≥90%；
循环气体通过气体分离***的循环气出口，经第五阀门、循环气体动力***、第二单向阀进入气体预处理***，重新加入混合气体分离流程；
尾气通过气体分离***尾气出口，经第八阀门进入尾气处理***内，经尾气处理***的处理达标后通过尾气排放口排放，其排放气中六氟化硫含量低于1000ppm；
产品气体通过气体分离***的产品气出口，经第三阀门、产品气体回收***、第四阀门后，将混合气体分离后的高浓度六氟化硫产品气回收并储存至外接六氟化硫容器中；
（4）、当第一压力表的示数低于5000Pa后，表示六氟化硫和氮气混合绝缘气体电气设备中混合气体被抽净，关闭开启第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门和第八阀门，关闭原料气体输入动力***、气体预处理***、混合气体分离***和循环气体动力***，回收分离提纯作业结束。
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