氣體的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及5匕氣體的回收裝置和方法，具體涉及的是一種用膜分離法回收提取 高純度SF6氣體的裝置及方法。適用于所有涉及SF6氣體與空氣(氧、氮、氬)、氦氣、0)2、水 蒸汽等混合氣體中SF6氣體的回收。
【背景技術(shù)】
[0002] sf6氣體具有優(yōu)異的滅弧與絕緣性能，被廣泛應(yīng)用在高壓電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備、變壓器、 充氣電纜等高壓電器設(shè)備中，也用于充裝高端雙層門(mén)窗夾層的絕熱氣體，且在今后很長(zhǎng)時(shí) 間內(nèi)3匕氣體將在這些領(lǐng)域中無(wú)可替代。但由于SF6氣體是一種高度穩(wěn)定的溫室效應(yīng)氣體， 其溫室效應(yīng)對(duì)大氣環(huán)境的破壞程度相當(dāng)于C02氣體的23000倍。因此，從大氣環(huán)境保護(hù)的 角度出發(fā)，3匕氣體非常有必要加以回收循環(huán)利用。
[0003] 但現(xiàn)有技術(shù)卻只能處理并回收氮?dú)庵泻琒F6氣體量較大的氣體，回收5?6氣體濃度 小于15. 7%的混合氣體方法未見(jiàn)報(bào)道。其回收氣體中SF6濃度可低至0. 5~3%，而SF6濃度 在3~15. 7%的混合氣體中SF6回收更加容易實(shí)現(xiàn)。且現(xiàn)有技術(shù)中，從氮?dú)馀cSF6氣體的混合 氣體中分離提純SF6氣體的裝置和方法，均是采用多種工藝相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)。如通過(guò)膜裝置+ 吸附裝置的方式，回收后還需將吸附裝置中的SF6氣體分離出來(lái)，操作比較復(fù)雜；又如通過(guò) 膜裝置+冷凍法液化裝置這樣兩種工藝裝置的前后銜接來(lái)提純SF6的工藝，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投 入成本較高，操作過(guò)程中能耗也相對(duì)較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中未有從SF6氣體濃度小于15. 7%以下的混合氣 體中提純SF6氣體的裝置和方法，且現(xiàn)有SF6氣體提純的裝置和方法相對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題；提供 適用于低濃度3匕氣體提純且提純的純化度和回收率均極高的一種用膜分離法回收提取高 純度SF6氣體的裝置及方法。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用更先進(jìn)的中空纖維膜前后四級(jí)串接的方式，用一種 工藝裝置就可以方便地將低含量SF6 (0. 5~3%)與空氣的混合氣體(包括氮?dú)?、氧氣、氬氣?氦氣、C02、SF6氣體及水分等）一次性提純到99. 9~99. 99% ;具體設(shè)置方式如下： 一種用膜分離法回收提取高純度SF6氣體的裝置，包括壓縮機(jī)和連接在壓縮機(jī)后的膜 分離回收裝置；所述膜分離回收裝置由N個(gè)順次連接的中空纖維膜組成，所述N多4。
[0006] 本發(fā)明中的中空纖維膜是均質(zhì)膜，通過(guò)滲透的方式將sf6氣體分離出來(lái)并提純。所 謂的滲透過(guò)程是由"溶解、滲透、逸出"三個(gè)過(guò)程組成的，而針對(duì)不同的氣體組分，這種"溶 解、滲透、逸出"的速率是不同的，滲透快的可稱(chēng)做"快氣"，滲透慢的可稱(chēng)做"慢氣"。sf6就是 一種滲透非常慢的氣體，它極不容易滲透，因此就"保留"在中空纖維的內(nèi)部而提純、輸出， 相對(duì)于sf6，其它氣體則是"快氣"，就比較容易地滲透出了中空纖維的壁面。
[0007] 通過(guò)上述中空纖維膜組串聯(lián)的設(shè)置方案，本發(fā)明解決的主要技術(shù)問(wèn)題之一是： 可以將混合氣體中含量最低達(dá)到0. 5~3%的SF6氣體回收純化，突破現(xiàn)有技術(shù)中只能回收 15. 7%以上含量的SF6氣體的技術(shù)瓶頸；通過(guò)本發(fā)明的設(shè)備提純后的SF6氣體，其純度可到 達(dá)99. 9~99. 99%，同時(shí)，SF6回收率可達(dá)到90%以上。
[0008] 且本發(fā)明中的分離提純?cè)O(shè)備僅僅采用了一種中空纖維膜分離工藝，無(wú)須使用吸附 法或冷凍方法等組合工藝來(lái)處理SF6氣體的回收與提純，其操作更加簡(jiǎn)便、可控性更強(qiáng)、設(shè) 備投入成本更低。
[0009]作為一種優(yōu)選設(shè)置，所述中空纖維膜為超細(xì)化的中空纖維膜，每一根纖維的直徑 為100ym左右，而每一根中空纖維膜中有上萬(wàn)或幾十萬(wàn)根纖維所組成。
[0010] 更進(jìn)一步地，為了能在達(dá)到上述效果的同時(shí)能夠有效節(jié)約成本，所述中空纖維膜 的數(shù)量N=4,沿著氣體流通方向順次命名為一級(jí)中空纖維膜、二級(jí)中空纖維膜、三級(jí)中空纖 維膜和四級(jí)中空纖維膜。
[0011] 為了達(dá)到更好的效果，所述每根中空纖維膜上均具有一個(gè)滲透?jìng)?cè)排氣口；該膜分 離回收裝置中氣體流通方向上一級(jí)中空纖維膜的滲透?jìng)?cè)排氣口與大氣連通，其余中空纖維 膜的滲透?jìng)?cè)排氣口則與壓縮機(jī)的進(jìn)氣口連通。
[0012] 通過(guò)上述氣體循環(huán)提純分離的設(shè)置，可使本發(fā)明達(dá)到既能夠達(dá)到回收低含量的SF6氣體的效果且SF6氣體回收純度到達(dá)99. 9~99. 99% ;同時(shí)，該設(shè)置又能夠保證回收提純 得到的SF6氣體回收率達(dá)到90%以上。
[0013] 為了能避免摻雜在氣體中的固態(tài)粉末等物質(zhì)對(duì)分離純化帶來(lái)影響，所述壓縮機(jī)與 膜分離回收裝置之間還設(shè)置有氣體預(yù)處理凈化系統(tǒng)。
[0014]所述氣體預(yù)處理凈化系統(tǒng)包括沿著氣體流通方向順次連接的壓縮氣體緩沖罐、精 密過(guò)濾器、超精過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器及粉塵過(guò)濾器。
[0015] 為了便于控制和操作，所述膜分離回收裝置的后端還連接有SF6成品氣體緩沖罐， 該膜分離回收裝置的后端還設(shè)置有流量計(jì)以及用于調(diào)節(jié)氣體流量的閥門(mén)。
[0016] -種用膜分離法回收提取高純度SF6氣體的方法，包括以下步驟： (1) 將含有原料氣體通過(guò)壓縮機(jī)加壓后，再通入膜分離回收裝置中氣體流通方向 上的一級(jí)中空纖維膜中； (2) 通過(guò)一級(jí)中空纖維膜分離后得到回收氣體，該回收氣體再順次進(jìn)入膜分離回收裝 置的其余中空纖維膜中進(jìn)行分離； (3) 順次經(jīng)過(guò)中空纖維膜分離后得到的氣體即為高純度SF6氣體； 所述膜分離回收裝置由N個(gè)中空纖維膜順次串聯(lián)組成，其中，N多4。
[0017]作為一種優(yōu)選的設(shè)置方式，本發(fā)明包括以下步驟：（1)將含有原料氣體通過(guò) 壓縮機(jī)加壓后，再通入膜分離回收裝置中氣體流通方向上的一級(jí)中空纖維膜中； (2) 通過(guò)一級(jí)中空纖維膜分離后得到回收氣體，該回收氣體再順次進(jìn)入膜分離回收裝 置中二級(jí)、三級(jí)以及四級(jí)中空纖維膜中進(jìn)行分離； (3) 順次經(jīng)過(guò)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)以及四級(jí)中空纖維膜分離后得到的氣體即為高純度SF6 氣體。
[0018] 本發(fā)明僅僅采用了中空纖維膜一種分離工藝，而無(wú)須使用吸附法或冷凍方法等組 合工藝來(lái)處理SF6氣體的回收與提純，其操作更加簡(jiǎn)便、可控性更強(qiáng)、設(shè)備投入成本更低。
[0019] 同時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明：采用上述分離方法提純分離出的3匕氣體純度可達(dá)到 99. 9~99. 99%，且本發(fā)明適用于較低濃度范圍0. 5~3%的SF6氣體回收純化，應(yīng)用范圍十分廣 泛，效果十分顯著。
[0020] 進(jìn)一步，所述步驟（2)中一級(jí)中空纖維膜分離后的滲透氣直接排放入大氣中，其余 中空纖維膜分離后的滲透氣則返回壓縮機(jī)加壓后再進(jìn)行循環(huán)處理。通過(guò)該循環(huán)回收純化的 步驟，可有效將SF6氣體的回收率提高到90%以上，效果十分顯著。
[0021] 由于所述膜分離回收裝置中的中空纖維膜的規(guī)格可以根據(jù)裝置的規(guī)模而選擇大 小不同的型號(hào)，因而可實(shí)現(xiàn)壓力范圍為0. 4~3. 5MPag內(nèi)原料氣體中SF6氣體的回收與提純。
[0022] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果： 1、 本發(fā)明主要用于高壓電器開(kāi)關(guān)及各種用途中泄漏后的低含量3匕氣體的回收及提 純，該低含量SF6氣體中SF6濃度可低至0. 5~3%，而在SF6含量為3~15. 7%的混合氣體中，該 回收更加容易實(shí)現(xiàn)；因此，本發(fā)明可以將現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法回收并隨意排放的SF6氣體在 更大范圍內(nèi)回收并再加以重復(fù)利用，從而可以大大降低其泄漏后對(duì)于大氣環(huán)境造成的不可 挽回的影響，對(duì)防止地球的加速暖化起到有效的抑制作用； 2、 本發(fā)明采用中空纖維膜前后多級(jí)串接的方式，將低濃度SF6氣體，經(jīng)膜分離回收裝置 處理，而無(wú)須再設(shè)置吸附器或冷凍方式液化一匕再汽化成SF6氣體的復(fù)雜工藝方式，只需采 用一種工藝裝置就可以方便地將具有低含量SF6 (小于15. 7%)的混合氣體一次性提純到 99. 9~99. 99%，操作更加簡(jiǎn)便、投入成本更低、能耗更??； 3、 本發(fā)明僅僅用膜分離裝置，不僅可將0. 5~3%濃度下的SF6氣