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膜技术!回收提纯六氟化硫混合绝缘气体的新方法

2021/5/24 14:26:565次浏览

近年来,电气设备制造厂商开始研究混合绝缘气体的绝缘和灭弧特性,尝试应用混合绝缘气体替代纯气体。国际大电网会议(CIORE)特别工作组已研究表明,混合绝缘气体(SF6+N2)适合在气体绝缘输电线

近年来,电气设备制造厂商开始研究混合绝缘气体的绝缘和灭弧特性,尝试应用混合绝缘气体替代纯气体。国际大电网会议(CIORE)特别工作组已研究表明,混合绝缘气体(SF6+N2)适合在气体绝缘输电线(gas insulated transmission line, GIL)/气体绝缘全封闭组合开关(gas insulated switchgear, GIS)中应用,既减少了对温室效应的影响,也降低了气体使用成本。

膜技术!回收提纯六氟化硫混合绝缘气体的新方法


六氟化硫(SF6)混合绝缘气体是一种含有氮气组分的电气绝缘气体,氮气(N2)占比(体积分数)70%左右,将N2从六氟化硫混合绝缘气体中提取出来,使六氟化硫混合绝缘气体提纯为高纯度的六氟化硫气体,是提高SF6回收率的一种重要方法,可减少六氟化硫气体的排放,增加SF6循环利用次数,提高SF6回收循环利用效率。

净化提纯SF6的技术有很多,如变压吸附技术、深冷提纯技术、精馏净化技术及膜分离技术,各种技术使用的条件不同,各有特点。

膜分离作为一种有别于传统提纯方法的新技术用于SF6提纯分离,近年来应用越来越广泛,技术与设备制造水平越来越高。膜分离技术主要的工艺优点有:常温进行、无相态变化、无化学变化、选择性好、适应性强、能耗低。

随着膜材料技术不断发展,研发出用于SF6提纯的高效低成本膜分离产品,将有利于六氟化硫混合绝缘气体分离提纯技术的发展。

国内膜分离技术用于SF6气体回收提纯的案例较少,但国外这方面成功案例很多。

国内的河南平高电气有限责任公司、河南日立信股份有限公司和北京泰普联合科技有限公司已开展了相关研究,形成了相关产品,并在国家电网SF6/N2混合气体母线试点应用,使用的典型膜产品大多是中空纤维膜组件。

中空纤维膜分离器通常由膜丝、环氧树脂封头和外壳组成,并通过环氧封头将管程(丝内)和壳程(丝外)分开。在膜分离器管程和壳程的两端,分别有管道接口,用于原料气、渗余气和渗透气的输入和输出。

中空纤维膜组件主要特点包括:①高分子膜纤维填装密度大;②耐跨膜压差能力强;③膜气体渗透量高。

图1为六氟化硫气体分离膜组件内部结构示意图和膜内组件内部气流流动情况示意图。

膜技术!回收提纯六氟化硫混合绝缘气体的新方法

图1

六氟化硫膜分离器采用非对称中空纤维复合膜技术从压缩的六氟化硫绝缘气体中分离和回收SF6。六氟化硫混合绝缘气体中含有70%的氮气、30%的六氟化硫气体及少量的其他气体(如CO2、O2、H2O)。六氟化硫膜分离器利用选择渗透原理提取高纯度六氟化硫。每种气体都有特定渗透速率,它取决于气体在膜中的溶解与扩散能力。

从减排六氟化硫的角度来看,单级膜分离工艺和二级循环工艺都很难做到零排放,与之相比,三级循环膜分离工艺能够将尾气之中的六氟化硫含量降至体积分数为0.08%以下,实现六氟化硫气体高回收率。

膜的级数越多六氟化硫气体的回收率越高,从运行成本来看膜的级数越多,辅助压缩机、加热设备越多,设备和电力消耗成本越高,因此在确定回收率时,要进行系统的技术经济分析,综合考虑多种因素。

本文编自《电气技术》,标题为“膜技术在六氟化硫混合绝缘气体回收及提纯中的应用”,作者为刘朋亮、张建飞 等。

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