CN107715493A - 一种六氟化硫和四氟化碳的分离***及分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种六氟化硫和四氟化碳的分离***及分离方法，包括倒转单元、缓冲单元、处理单元和深冷分离单元，其中，倒转单元为倒转装置，用于夹住钢瓶，并旋转将其倒置，使钢瓶中的液化后的混合物顺利流出；缓冲单元包括蒸发器和第一缓冲罐，蒸发器的进口与钢瓶的出口连接，蒸发器的出口与第一缓冲罐的进口连接；处理单元中包括吸附塔，吸附塔的进口与第一缓冲罐的出口连接，用于对混合物中的杂质进行吸附去除；深冷分离单元包括换热器和低温精馏塔，吸附塔的出口与换热器的热介质入口连接，换热器的冷介质出口与低温精馏塔的入口连接。

Description

一种六氟化硫和四氟化碳的分离***及分离方法
技术领域
本发明属于混合绝缘气体净化领域，具体涉及一种六氟化硫和四氟化碳的分离***及分离方法。
背景技术
目前，由于SF6气体具有优良的绝缘和灭弧性能，被广泛使用于断路器中，但是，在寒冷的环境温度下，一定压力下的SF6气体将会液化，使SF6气体的压力或密度降低，其绝缘和灭弧性能就会相应降低。经过研究发现，在SF6气体中混入一定比例的其他惰性气体，可有效解决该问题，其中，使用较多的是SF6和CF4的混合气体作为绝缘气体。该绝缘气体已经广泛使用在SF6气体断路器、GIS、充电电缆、充气输电管道等高压电器设备中。
SF6气体经过长期带电运行或在放电作用下会发生分解，在空气和水分的作用下会生成腐蚀性的SO2、SOF2、HF、SOF4和SO2F2等化合物，开关绝缘容易受潮，绝缘性下降，存在着安全隐患。一般认为，SF6和CF4的混合气体断路器在正常运行情况下，有害气体的分解量不应大于10-4量级。而且断路器在运行过程中，金属之间的磨损导致金属构件脱落以及在化学反应过程中分解得到粉尘颗粒等，都会造成SF6和CF4的混合气体中含有一定的固体杂质，这些固体杂质对SF6和CF4的混合气体的击穿电压等有很大的影响。所以，使用到一定程度的SF6和CF4的混合气体已不能满足要求。而SF6和CF4都是被禁止排放的气体，如果排放大气，会对环境造成严重的危害。所以，需要对SF6和CF4的混合气体进行净化分离、循环再利用。但是目前国内外还没有对该混合绝缘气体成熟的净化分离技术，难以实现混合绝缘气体的循环再利用。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种六氟化硫和四氟化碳的分离***及分离方法。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
一种六氟化硫和四氟化碳的分离***，包括倒转单元、缓冲单元、处理单元和深冷分离单元，其中，倒转单元为倒转装置，用于夹住钢瓶，并旋转将其倒置，使钢瓶中的液体混合物顺利流出；
缓冲单元包括蒸发器和第一缓冲罐，蒸发器的进口与钢瓶的出口连接，蒸发器的出口与第一缓冲罐的进口连接；
处理单元中包括吸附塔，吸附塔的进口与第一缓冲罐的出口连接，用于对混合物中的杂质进行吸附去除；
深冷分离单元包括换热器和低温精馏塔，吸附塔的出口与换热器的热介质入口连接，换热器的热介质出口与低温精馏塔的入口连接。
换热器是用于对吸附处理后的混合气进行冷却，便于后续的低温精馏过程。
钢瓶中的SF6是以液态形式存在的，所以要先将该气体进行热交换变成气态，避免在缓冲单元的管路里发生气化吸收热量，导致管路堵塞，因此希望尽量将待处理钢瓶中的SF6以液态形式出来，再气化后进入处理单元。
在试验中发现，液化后的SF6和CF4的混合物在从倒转单元流入缓冲单元的过程中，经常会发生管路冷冻的问题，经过研究发现，这是由于缓冲罐是由厚钢板制成的，传热效果不明显。因此，利用蒸发器对液化后的SF6和CF4的混合物进行加热，将液体转化成气体，一方面可以解决因管路冷冻导致液体无法流动的问题，另一方面，将液体转化成气体后，便于实现后续的吸附处理初步净化的过程。
优选的，所述倒转装置包括底架、立柱、第一夹爪和第二夹爪，底架的底部设置有轮子组件，底架的上端设置所述立柱，立柱上设置有提升结构，第一夹爪和第二夹爪通过连接件安装在所述提升结构上，所述连接件可旋转，使第一夹爪和第二夹爪的连线相对于水平方向的夹角发生变化。
倒转装置通过第一夹爪和第二夹爪将用于盛放液化气的钢瓶夹住，通过旋转连接件带动第一夹爪和第二夹爪旋转，进而带动钢瓶发生旋转，将钢瓶内的液体倒出。
进一步优选的，所述提升结构为涡轮蜗杆机构，蜗杆沿竖直方向设置，涡轮与第一手轮连接。
通过第一手轮控制涡轮的旋转，带动蜗杆往复运动，实现提升功能。
进一步优选的，所述连接件为连接杆，连接杆通过连接结构与第二手轮连接。
人工旋转第二手轮，可以实现连接杆的旋转。
进一步优选的，所述的第一夹爪包括第一V型夹持部和第二V型夹持部，第一V型夹持部和第二V型夹持部相对设置，围成夹合腔；
第二夹爪包括第三V型夹持部和第四V型夹持部，第三V型夹持部和第四V型夹持部相对设置，围成夹合腔。
更进一步优选的，第一V型夹持部和第二V型夹持部的末端设置有第一通孔，第一通孔与第一紧固螺栓配合，用于将第一夹爪固定。
更进一步优选的，第三V型夹持部和第四V型夹持部的末端设置有第二通孔，第二通孔与第二紧固螺栓配合，用于将第二夹爪固定。便于将钢瓶夹紧，防止钢瓶的脱落。
更进一步优选的，所述第一夹爪和第二夹爪中均设置有防滑胶垫。增大与钢瓶之间的摩擦力，防止钢瓶的滑落，以保证钢瓶倒转的顺利进行。
进一步优选的，所述轮子组件包括第一定向轮、第二定向轮、第一万向轮和第二万向轮，第一定向轮和第二定向轮设置于底架的前端，第一万向轮和第二万向轮设置于底架的后端。
优选的，所述处理单元包括依次连接的第一过滤器、真空泵、吸附塔、碱液箱和第二过滤器，第一过滤器与所述第一缓冲罐的出口连接，第二过滤器与所述换热器的热介质入口连接，吸附塔内填充有固体吸附剂。
第一过滤器可以对混合气中夹杂的固体杂质进行过滤，防止固体杂质对吸附塔内的固体吸附剂造成堵塞，可以有效提高固体吸附剂的使用寿命。第二过滤器可对除去酸性杂质的混合气进行过滤，避免将固体吸附剂等固体颗粒携带，对后续的处理工艺造成影响。
优选的，所述吸附塔包括主吸附塔和辅助吸附塔，主吸附塔和辅助吸附塔并联。混合气体量大时，主吸附塔和辅助吸附塔可同时使用，提高吸附效率，混合气体量小时，主吸附塔和辅助吸附塔交替使用，便于维修，保证工艺的连续进行。
进一步优选的，所述固体吸附剂由F-03分子筛、活性氧化铝、5A分子筛和活性硅胶组成。
F-03分子筛主要用于除去混合气中的SF6气体中的硫化物等分解产物，5A分子筛主要用于除去混合气体中的微量水分、二氧化碳、油气及烃类物质，活性氧化铝为除氟剂，用于除去混合气中的氟元素的氢化物质，活性硅胶可以除去混合气中的水分，并可防止微量水分对分子筛造成影响。该混合固体吸附剂可以将混合气中的杂质进行有效去除。
优选的，所述动力单元包括依次连接的第一球阀、减压阀、第二缓冲罐、压缩机和第二球阀，第二球阀与钢瓶连接。动力单元用于将净化后的SF6气体以液态灌钢瓶。
进一步优选的，第一球阀和减压阀之间连接有第一压力表。用于显示进口处的气体压力，便于对减压阀进行调节。第二缓冲罐使净化后的SF6气体的压力进行平衡，以防止SF6气体的压力脉冲对压缩机的运行造成冲击。
进一步优选的，第二缓冲罐与压缩机之间设置有第一安全阀。控制缓冲罐内气体向压缩机中的流动情况。
进一步优选的，所述压缩机与第二球阀之间设置有第二安全阀。压缩机的出口设置安全阀，对压缩机泵出口压力进行保护。
更进一步优选的，所述第二安全阀与第二球阀之间设置有第二压力表。
一种六氟化硫和四氟化碳的分离方法，包括如下步骤：
盛装有液化SF6和CF4混合气的钢瓶被倒转装置夹紧后，提升至设定高度处，倒转，使钢瓶中的液体流向缓冲单元，经蒸发器加热气化，并经第一缓冲罐缓冲减压至0.5-0.7MPa后，进入处理单元进行吸附除杂，然后进入深冷分离单元进行SF6和CF4的分离。
优选的，深冷分离单元中低温精馏塔中的温度为-80℃。
优选的，处理单元中的固体吸附剂由F-03分子筛、活性氧化铝、5A分子筛和活性硅胶组成。
更进一步优选的，固体吸附剂中F-03分子筛、活性氧化铝、5A分子筛和活性硅胶的质量相同。
本发明的有益效果为：
利用蒸发器对液化后的SF6和CF4的混合物进行加热，将液体转化成气体，一方面可以解决因管路冷冻导致液体无法流动的问题，另一方面，将液体转化成气体后，便于实现后续的吸附处理初步净化的过程。
本发明的缓冲单元和处理单元容易实现对SF6和CF4的混合气进行除杂，更容易实现混合气的初步净化，为SF6和CF4的分离回收提供保障。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明的分离***的整体结构示意图；
图2是本发明的倒转单元的结构示意图；
图3是本发明的缓冲单元的结构示意图；
图4是本发明的处理单元的结构示意图；
图5是本发明的深冷分离单元的结构示意图；
图6是本发明的动力单元的结构示意图。
其中，1、倒转单元，2、缓冲单元，3、处理单元，4、深冷分离单元，5、动力单元，6、第一夹爪，7、第二夹爪，8、第一定向轮，9、第一万向轮，10、底架，11、第一手轮，12、立柱，13、第二手轮，14、蒸发器，15、第一缓冲罐，16、第一过滤器，17、真空泵，18、主吸附塔，19、碱液箱，20、第二过滤器，21、辅助吸附塔，22、换热器，23、制冷机组，24、低温精馏塔，25、第一球阀，26、第一压力表，27、减压阀，28、第二缓冲罐，29、第一安全阀，30、压缩机，31、第二安全阀，32、第二压力表，33、第二球阀。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1和图3所示，一种六氟化硫和四氟化碳的分离***，包括倒转单元1、缓冲单元2、处理单元3和深冷分离单元4，其中，倒转单元1为倒转装置，用于夹住钢瓶，并旋转将其倒置，使钢瓶中的液化后的混合物顺利流出；缓冲单元2包括蒸发器14和第一缓冲罐15，蒸发器14的进口与钢瓶的出口连接，蒸发器14的出口与第一缓冲罐15的进口连接；处理单元3中包括吸附塔，吸附塔的进口与第一缓冲罐15的出口连接，用于对混合物中的杂质进行吸附去除；深冷分离单元4包括换热器22和低温精馏塔24，吸附塔的出口与换热器22的热介质入口连接，换热器22的热介质出口与低温精馏塔24的入口连接。
如图2所示，倒转装置包括底架10、立柱12、第一夹爪6和第二夹爪7，底架10的底部设置有轮子组件，底架10的上端设置所述立柱12，立柱12上设置有提升结构，第一夹爪6和第二夹爪7通过连接件安装在所述提升结构上，所述连接件可旋转，使第一夹爪6和第二夹爪7的连线相对于水平方向的夹角发生变化。
倒转装置通过第一夹爪6和第二夹爪7将用于盛放液化气的钢瓶夹住，通过旋转连接件带动第一夹爪6和第二夹爪7旋转，进而带动钢瓶发生旋转，将钢瓶内的液体倒出。提升结构为涡轮蜗杆机构，蜗杆沿竖直方向设置，涡轮与第一手轮11连接。通过第一手轮11控制涡轮的旋转，带动蜗杆往复运动，实现提升功能。连接件为连接杆，连接杆通过连接结构与第二手轮13连接。人工旋转第二手轮13，可以实现连接杆的旋转。
第一夹爪6包括第一V型夹持部和第二V型夹持部，第一V型夹持部和第二V型夹持部相对设置，围成夹合腔；第二夹爪7包括第三V型夹持部和第四V型夹持部，第三V型夹持部和第四V型夹持部相对设置，围成夹合腔。第一V型夹持部和第二V型夹持部的末端设置有第一通孔，第一通孔与第一紧固螺栓配合，用于将第一夹爪6固定。第三V型夹持部和第四V型夹持部的末端设置有第二通孔，第二通孔与第二紧固螺栓配合，用于将第二夹爪固定。便于将钢瓶夹紧，防止钢瓶的脱落。
第一夹爪6和第二夹爪7中均设置有防滑胶垫。增大与钢瓶之间的摩擦力，防止钢瓶的滑落，以保证钢瓶倒转的顺利进行。
轮子组件包括第一定向轮8、第二定向轮、第一万向轮9和第二万向轮，第一定向轮8和第二定向轮设置于底架的前端，第一万向轮9和第二万向轮设置于底架的后端。
如图4所示，处理单元3包括依次连接的第一过滤器16、真空泵17、吸附塔、碱液箱19和第二过滤器20，第一过滤器16与所述第一缓冲罐15的出口连接，第二过滤器20与所述换热器22的热介质入口连接，吸附塔内填充有固体吸附剂。第一过滤器16可以对混合气中夹杂的固体杂质进行过滤，防止固体杂质对吸附塔内的固体吸附剂造成堵塞，可以有效提高固体吸附剂的使用寿命。第二过滤器20可对除去酸性杂质的混合气进行过滤，避免将固体吸附剂等固体颗粒携带，对后续的处理工艺造成影响。
吸附塔包括主吸附塔18和辅助吸附塔21，主吸附塔18和辅助吸附塔21并联。混合气体量大时，主吸附塔18和辅助吸附塔21可同时使用，提高吸附效率，混合气体量小时，主吸附塔18和辅助吸附塔21交替使用，便于维修，保证工艺的连续进行。
固体吸附剂由F-03分子筛、活性氧化铝、5A分子筛和活性硅胶组成。F-03分子筛主要用于除去混合气中的SF6气体中的硫化物等分解产物，5A分子筛主要用于除去混合气体中的微量水分、二氧化碳、油气及烃类物质，活性氧化铝为除氟剂，用于除去混合气中的氟元素的氢化物质，活性硅胶可以除去混合气中的水分，并可防止微量水分对分子筛造成影响。该混合固体吸附剂可以将混合气中的杂质进行有效去除。
如图6所示，所述动力单元包括依次连接的第一球阀25、减压阀27、第二缓冲罐28、压缩机30和第二球阀33，第二球阀33与钢瓶连接。动力单元用于将净化后的SF6气体以液态灌钢瓶。
第一球阀25和减压阀27之间连接有第一压力表26。用于显示进口处的气体压力，便于对减压阀进27行调节。第二缓冲罐28使净化后的SF6气体的压力进行平衡，以防止SF6气体的压力脉冲对压缩机30的运行造成冲击。第二缓冲罐28与压缩机30之间设置有第一安全阀29。控制第二缓冲罐28内气体向压缩机30中的流动情况。压缩机30与第二球阀33之间设置有第一安全阀29。压缩机30的出口设置第二安全阀31，对压缩机30泵出口压力进行保护。第二安全阀31与第二球阀33之间设置有第二压力表32。
倒转单元工作过程：
设备推行到钢瓶位置，调整到夹紧位置。
夹瓶：钢瓶运送到位，打开上下两个半V型夹爪，夹紧钢瓶后用螺栓固定好钢瓶。
举瓶：钢瓶夹紧后，摇动焊接在立柱间的举瓶涡轮蜗杆机构的手轮，该机构中的丝杠即带动钢瓶沿立柱平行上移。举瓶过程中，整体重量由立柱承担，确保丝杠只起升降作用，而不承担负重作用。
转瓶：举瓶到规定高度后，摇动转瓶涡轮蜗杆机构的手轮，即可将钢瓶摇至任意角度。转瓶涡轮蜗杆机构可确保钢瓶在正反角度任意旋转，且可在任意位置锁定。
钢瓶内的液体流经蒸发器进行加热气化，气化后的气体进入第一缓冲罐中减压到0.6MPa，缓冲后的气体流向处理单元中进行吸附处理，将混合气中的杂质和水分等杂质吸附除去。然后进入深冷分离单元进行SF6和CF4的分离，CF4自低温精馏塔的塔顶流出，SF6自低温精馏塔的塔底流出，流向动力单元，实现SF6和CF4的分离。
动力单元工作流程：
打开第一球阀25和第二球阀33，再打开压缩机，即可将处理后的气体压缩，进入钢瓶。第一球阀25和第二球阀33为动力单元的紧急检修阀。
注意：减压阀确保处理单元后的气体进压缩机前压力缩小到压缩机工作吸入压力；缓冲罐确保消除压缩机入口处的压力脉冲；压缩机出口的第二安全阀31对压缩机出口的气体进行保护；压缩机出口处设置冷却风扇，用于对压缩机出口的气体进行冷却，为灌瓶做准备。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种六氟化硫和四氟化碳的分离***，其特征在于：包括倒转单元、缓冲单元、处理单元和深冷分离单元，其中，倒转单元为倒转装置，用于夹住钢瓶，并旋转将其倒置，使钢瓶中的液体混合物顺利流出；
缓冲单元包括蒸发器和第一缓冲罐，蒸发器的进口与钢瓶的出口连接，蒸发器的出口与第一缓冲罐的进口连接；
处理单元中包括吸附塔，吸附塔的进口与第一缓冲罐的出口连接，用于对混合物中的杂质进行吸附去除；
深冷分离单元包括换热器和低温精馏塔，吸附塔的出口与换热器的热介质入口连接，换热器的冷介质出口与低温精馏塔的入口连接。
2.根据权利要求1所述的分离***，其特征在于：所述倒转装置包括底架、立柱、第一夹爪和第二夹爪，底架的底部设置有轮子组件，底架的上端设置所述立柱，立柱上设置有提升结构，第一夹爪和第二夹爪通过连接件安装在所述提升结构上，所述连接件可旋转，使第一夹爪和第二夹爪的连线相对于水平方向的夹角发生变化；
优选的，所述提升结构为涡轮蜗杆机构，蜗杆沿竖直方向设置，涡轮与第一手轮连接；
优选的，所述连接件为连接杆，连接杆通过连接结构与第二手轮连接；
优选的，所述的第一夹爪包括第一V型夹持部和第二V型夹持部，第一V型夹持部和第二V型夹持部相对设置，围成夹合腔；
第二夹爪包括第三V型夹持部和第四V型夹持部，第三V型夹持部和第四V型夹持部相对设置，围成夹合腔。
3.根据权利要求2所述的分离***，其特征在于：第一V型夹持部和第二V型夹持部的末端设置有第一通孔，第一通孔与第一紧固螺栓配合，用于将第一夹爪固定；
或，第三V型夹持部和第四V型夹持部的末端设置有第二通孔，第二通孔与第二紧固螺栓配合，用于将第二夹爪固定。
4.根据权利要求2所述的分离***，其特征在于：所述第一夹爪和第二夹爪中均设置有防滑胶垫；
优选的，所述轮子组件包括第一定向轮、第二定向轮、第一万向轮和第二万向轮，第一定向轮和第二定向轮设置于底架的前端，第一万向轮和第二万向轮设置于底架的后端。
5.根据权利要求1所述的分离***，其特征在于：所述处理单元包括依次连接的第一过滤器、真空泵、吸附塔、碱液箱和第二过滤器，第一过滤器与所述第一缓冲罐的出口连接，第二过滤器与所述换热器的热介质入口连接，吸附塔内填充有固体吸附剂。
6.根据权利要求5所述的分离***，其特征在于：所述吸附塔包括主吸附塔和辅助吸附塔，主吸附塔和辅助吸附塔并联。
7.根据权利要求1所述的分离***，其特征在于：所述动力单元包括依次连接的第一球阀、减压阀、第二缓冲罐、压缩机和第二球阀，第二球阀与钢瓶连接。
8.根据权利要求7所述的分离***，其特征在于：第一球阀和减压阀之间连接有第一压力表；
优选的，第二缓冲罐与压缩机之间设置有第一安全阀；
优选的，所述压缩机与第二球阀之间设置有第二安全阀；
优选的，所述第二安全阀与第二球阀之间设置有第二压力表。
9.一种六氟化硫和四氟化碳的分离方法，其特征在于：包括如下步骤：
盛装有液化SF6和CF4混合气的钢瓶被倒转装置夹紧后，提升至设定高度处，倒转，使钢瓶中的液体流向缓冲单元，经蒸发器加热气化，并经第一缓冲罐缓冲减压至0.5-0.7MPa后，进入处理单元进行吸附除杂，然后进入深冷分离单元进行SF6和CF4的分离。
10.根据权利要求9所述的分离方法，其特征在于：深冷分离单元中低温精馏塔中的温度为-80℃；
优选的，处理单元中的固体吸附剂由F-03分子筛、活性氧化铝、5A分子筛和活性硅胶组成；
更进一步优选的，固体吸附剂中F-03分子筛、活性氧化铝、5A分子筛和活性硅胶的质量相等。
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