实现混合气体中SF6连续液态回收的装置的制作方法

本实用新型涉及气体回收技术领域，尤其涉及一种实现混合气体中SF6连续液态回收的装置。

背景技术：

六氟化硫(SF6)气体因其良好的绝缘和灭弧特性被广泛的用于高压电气设备中，但在中国高寒地区气温较低引起设备中SF6气体易发生液化并对不均匀电场敏感，导致设备绝缘性能降低,带来安全隐患。且SF6气体作为温室气体，其温室效应是CO2的23900倍，但是随着现代科学技术的发展和人们对环境问题的重视，SF6气体的温室效应得到越来越多的关注。

目前，国内外普遍认为，在找到替用品之前减少SF6气体的温室危害的一个较好的办法是用混合气体代替纯SF6气体充当绝缘介质，以减少SF6气体的用量；也可有效的缓解高寒地区纯SF6气体容易液化导致设备绝缘故障的问题。混合气体通常指的是SF6/N2或者SF6/CF4，其中SF6/N2具有工业应用前景，现今的发展趋势是混合气体中尽量减少SF6的含量。

大量使用SF6/N2混合气体，就必然面对混合气体分离回收的问题。通常 SF6气体回收提纯都采用加压的方式，SF6气体在高压的状态下很容易液化， N2气体则保持气态，这样，在气态部分中N2气体的占比就会不断的累积升高，导致SF6气体的分压下降，致使SF6气体液化过程不能持续。

技术实现要素：

本实用新型提供一种实现混合气体中SF6连续液态回收的装置，以使混合气体中SF6能够高效连续的液化回收。

本实用新型的一个方面是提供一种实现混合气体中SF6连续液态回收的装置，包括：初分离组件、第一增压装置、液化容器以及泄压组件；

所述初分离组件内设有分离薄膜，其中所述分离薄膜对待分离混合气体中SF6气体的渗透率小于待分离混合气体中其他气体组分；所述初分离组件设置有进气口、出气口以及渗透口，所述初分离组件的进气口通入所述待分离混合气体，所述初分离组件的渗透口输出通过所述分离薄膜得到的第一初分离气体，所述初分离组件的出气口输出未通过所述分离薄膜的第二初分离气体；

所述第一增压装置与所述初分离组件的出气口连通，对所述第二初分离气体进行增压后注入所述液化容器中，以使所述第二初分离气体中的SF6气体在所述液化容器中液化；

所述泄压组件设置于所述液化容器上，并与所述初分离组件的进气口连通，以在所述液化容器内部压力达到预设阈值时排放所述液化容器内部分气体并由所述初分离组件的进气口注入所述初分离组件。

进一步的，所述泄压组件包括控制单元、以及与所述控制单元信号连接的压力传感器和电动阀；

所述压力传感器用于实时获取所述液化容器内部压力，并发送给所述控制单元；

所述控制单元用于在所述液化容器内部压力达到所述预设阈值时，向所述电动阀发送控制信号；

所述电动阀用于根据所述控制信号启动，以排放所述液化容器内的部分气体并由所述初分离组件的进气口注入所述初分离组件。

进一步的，所述装置还包括：第二增压装置，设置于所述初分离组件前，用于对所述待分离混合气体以及从所述泄压组件排出的气体进行增压后通入所述初分离组件的进气口。

进一步的，所述装置还包括：缓冲释放容器，与所述泄压组件连通，用于对从所述泄压组件排出的气体进行减压。

进一步的，所述装置还包括：分离薄膜加热装置，用于控制所述分离薄膜的工作温度。

可选的，所述分离薄膜加热装置包括：气体加热装置，用于对所述待分离混合气体以及从所述泄压组件排出的气体进行加热后通入所述初分离组件的进气口。

可选的，所述分离薄膜加热装置包括：设置于所述初分离组件内部直接对所述分离薄膜加热的加热棒。

进一步的，所述分离薄膜为碳分子筛薄膜、聚酰亚胺薄膜或聚碳酸酯。

进一步的，所述装置还包括：

液化容器降温装置，用于对所述液化容器内部进行降温以加速SF6气体的液化。

进一步的，所述液化容器还设置有：液位检测装置以及液化气体输出装置；

所述液位检测装置与所述控制单元信号连接，用于获取所述液化容器内部液位高度，并发送给所述控制单元；

所述控制单元还用于在所述液化容器内部液位高度达到预设高度时，向所述液化气体输出装置发送排放信号；

所述液化气体输出装置根据所述排放信号将所述液化容器内的液化气体排出。

本实用新型提供的实现混合气体中SF6连续液态回收的装置，通过初分离组件初步分离出待分离混合气体中的部分其他气体组分，提高剩余气体中SF6气体的含量，再经过第一增压装置增压后压入液化容器中，以使SF6气体在液化容器液化过程中减缓SF6气体的分压下降的速度，延长连续液化时间；而当液化罐的内部压力达到预设阈值时，通过设置于液化容器上的泄压组件排放液化容器内的一部分气体，避免随着液化过程的进行其他气体组分在液化容器中不断累积而导致SF6气体的分压降低，从而使得SF6气体能够持续液化，进而提高SF6的回收效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型实施例提供的实现混合气体中SF6连续液态回收的装置的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例提供的实现混合气体中SF6连续液态回收的装置的结构示意图。

附图标记：

100-初分离组件； 110-初分离组件的进气口；

120-初分离组件的渗透口； 130-初分离组件的出气口；

200-第一增压装置； 300-液化容器；

400-泄压组件； 410-压力传感器；

420-电动阀； 500-缓冲释放容器；

600-第二增压装置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

图1为本实用新型实施例提供的实现混合气体中SF6连续液态回收的装置的结构示意图。如图1所示，本实施例针对现有技术中对SF6/N2混合气体中SF6气体采用加压液化回收时，N2不断的累积导致SF6气体的分压下降，致使SF6气体不能持续液化的问题，提供一种实现混合气体中SF6连续液态回收的装置，包括：初分离组件100、第一增压装置200、液化容器300以及泄压组件400。

其中，所述初分离组件100内设有分离薄膜，其中所述分离薄膜对待分离混合气体中SF6气体的渗透率小于待分离混合气体中其他气体组分；所述初分离组件100设置有进气口110、出气口130以及渗透口120，所述初分离组件的进气口110通入所述待分离混合气体，所述初分离组件的渗透口120输出通过所述分离薄膜得到的第一初分离气体，所述初分离组件的出气口130 输出未通过所述分离薄膜的第二初分离气体；

所述第一增压装置200与所述初分离组件的出气口130连通，对所述第二初分离气体进行增压后注入所述液化容器300中，以使所述第二初分离气体中的SF6气体在所述液化容器300中液化；

所述泄压组件400设置于所述液化容器300上，并与所述初分离组件的进气口110连通，以在所述液化容器300内部压力达到预设阈值时排放所述液化容器300内部分气体并由所述初分离组件的进气口110注入所述初分离组件100。

在本实施例中，采用的是高分子聚合物薄膜法，也即采用分离薄膜对待分离混合气体进行初步分离，其中待分离混合气体为SF6/N2混合气体，可选择碳分子筛薄膜、聚酰亚胺薄膜或聚碳酸酯作为分离薄膜，其主要原理是：气体种类和聚合物薄膜的温度不同其渗透率R也不同，相同条件下，渗透率高的气体穿透薄膜要快一些。在分离薄膜温度相同时，SF6气体的渗透率较其他气体小得多，而且随着分离薄膜温度的升高，He、CF4、CO2、N2的渗透率都变大，只有SF6气体的渗透率变小。例如对于N2/SF6混合气体来说，将分离薄膜保持在一定的高温状态，N2渗透率与SF6渗透率的比值就比较大，N2可以快速的通过分离薄膜，而SF6则通过分离薄膜的速度较慢，也就较为容易、有效地分离出SF6气体。需要说明的是，本实施例提供的装置也可用于适于其他含SF6的混合气体中SF6气体的分离回收(混合气体其他气体组分在SF6液化时能保持气态)。

经过初分离组件100内的分离薄膜初步分离，待分离混合气体中其他气体组分有较大部分通过分离薄膜，从初分离组件的渗透口120排出，也即所述的第一初分离气体；而未通过分离薄膜的第二初分离气体中SF6气体含量相对较多，其他气体组分含量相对较少，可初步降低SF6气体液化过程中其他气体组分的分压，这样在SF6气体液化时可减缓SF6气体的分压下降的速度，延长连续液化时间。

第二初分离气体从初分离组件的出气口130输出后经过第一增压装置 200进行增压，具体的可以将第二初分离气体增压至2.0～4.0Mpa，然后压入液化容器300中，由于经过压缩第一增压装置200出口气体温度很高，此时 SF6仍为气体，不发生液化，而进入液化容器300后经过散热降温后大部分SF6气体才在高压的作用下迅速液化，而第二初分离气体中除SF6的其他气体组分仍保持气态，这样就实现了SF6的液化回收。但随着第二初分离气体的不断注入，其他气体组分在液化容器300中不断累积，占比不断增大，SF6气体的分压就会降低，液化速度减慢，此时液化罐的内部压力也逐渐增大。当液化容器300内部压力达到预设阈值时(本实施例中可为1.5～2.0MPa)，通过设置于液化容器300上的泄压组件400排放液化容器300内的一部分气体，也即排放掉了液化容器300内液化容器300中累积的一部分其他气体组分，减少了液化容器300中的占比，从而使得SF6气体能够继续液化。泄压组件400排放的气体中除了其他气体组分外，可能含有较多的SF6气体，因此需要进行再次回收，提高SF6气体的回收率。本实施例中将泄压组件400排放的气体从初分离组件的进气口110返回初分离组件100进行再次分离，不需要另设其他的再次分离的装置，其结构较为简单。

在本实施例中，第一增压装置200为电气控制气体增压设备，可采用气体压缩机或者气体增压泵。泄压组件400可以为泄压阀，也可以为其他能够实现泄压功能的装置。液化容器300可以为不锈钢或铝制高压容器，或采用一定长度、一定壁厚的、有一定内部容积的铜管或不锈钢管。

此外，需要说明的是，第一初分离气体虽然是通过分离薄膜所得到的，其中可能仍含有一定量的SF6气体，必要的时候可以对第一初分离气体做进一步的分离处理。

本实施例提供的实现混合气体中SF6连续液态回收的装置，通过初分离组件初步分离出待分离混合气体中的部分其他气体组分，提高剩余气体中SF6气体的含量，再经过第一增压装置增压后压入液化容器中，以使SF6气体在液化容器液化过程中减缓SF6气体的分压下降的速度，延长连续液化时间；而当液化罐的内部压力达到预设阈值时，通过设置于液化容器上的泄压组件排放液化容器内的一部分气体，避免随着液化过程的进行其他气体组分在液化容器中不断累积而导致SF6气体的分压降低，从而使得SF6气体能够持续液化，进而提高SF6的回收效率。

如图2所示，作为上述实施例的进一步改进，所述泄压组件400包括控制单元(图中未示出)、以及与所述控制单元信号连接的压力传感器410和电动阀420；

所述压力传感器410用于实时获取所述液化容器300内部压力，并发送给所述控制单元；

所述控制单元用于在所述液化容器300内部压力达到所述预设阈值时，向所述电动阀420发送控制信号；

所述电动阀420用于根据所述控制信号启动，以排放所述液化容器300 内的部分气体并由所述初分离组件的进气口110注入所述初分离组件100。

在本实施例中，通过压力传感器410实时监测液化容器300内部压力，并将液化容器300内部压力发送给控制单元，由控制单元判断液化容器300 内部压力是否达到预设阈值，其中预设阈值可设定为1.5～2.0MPa，当达到预设阈值时，由控制单元控制电动阀420开启，将液化容器300内的部分气体由电动阀420排出，并由初分离组件的进气口110注入初分离组件100进行重新分离。采用压力传感器410和电动阀420可以实现更精准的控制，操作更为便捷。此外，压力传感器410还可以通过监控液化容器300的压力变化，确保整个装置不会超压运行。

进一步的，所述装置还包括：缓冲释放容器500，与所述泄压组件400 连通，用于对从所述泄压组件400排出的气体进行减压。

由于从泄压组件400排出的气体仍具有一定的压力，需要将压力释放掉后再通入初分离组件100中，保证初分离组件100进气的稳定性，避免过大的压力对分离薄膜产生影响。本实施例中采用缓冲释放容器500与泄压组件 400连通，对泄压组件400排出的气体进行减压从而将压力逐步释放，其中缓冲释放容器500可以为缓冲释放罐或者其他能够实现气体缓冲释放的容器。

进一步的，所述装置还包括：第二增压装置600，设置于所述初分离组件100前，用于对所述待分离混合气体以及从所述泄压组件400排出的气体进行增压后通入所述初分离组件的进气口110。

在本实施例中，通过第二增压装置600控制进入初分离组件100气体的进气压力，从而保证分离薄膜工作在预定的工作压力下，可以提高其他气体组分的渗透效率，进而提高第二初分离气体中SF6气体含量。其中，优选的进气压力为8bar(相对压力)。需要说明的是，在上述实施例中，泄压组件400 排出的气体经缓冲释放容器500释放压力至与第二增压装置600进气口压力相等后通入第二增压装置600，由于第二增压装置600进气口压力较低，更适合释放气体。

此外，初分离组件的出气口130还可设置流量控制装置，进一步保证分离薄膜的工作压力，提高渗透效率。

进一步的，所述装置还包括：分离薄膜加热装置(图中未示出)，用于控制所述分离薄膜的工作温度。

由于对于N2/SF6或CF4/SF6混合气体，随着分离薄膜温度的升高，He、CF4、 CO2、N2的渗透率都变大，只有SF6气体的渗透率变小，因此需要将分离薄膜保持在一定的高温状态。本实施例中通过设置分离薄膜加热装置，以控制各分离薄膜的工作温度，其中工作温度可设置为40～50℃，优选的工作温度为 43℃。

在一可选示例中，所述分离薄膜加热装置包括：气体加热装置，用于对所述待分离混合气体以及从所述泄压组件400排出的气体进行加热后通入所述初分离组件的进气口110。

本示例中通过对气体进行加热，从而将气体携带的热量传递给分离薄膜，以使分离薄膜保持在预定的工作温度下。此外所有的分离薄膜件都进行绝热保温，极大降低了与外界的热交换。

在另一可选示例中，所述分离薄膜加热装置包括：设置于所述初分离组件100内部直接对所述分离薄膜加热的加热棒。

本示例中采用在初分离组件100内部设置加热棒，从而控制分离薄膜的工作温度。当然分离薄膜加热装置也并不仅限于上述示例提供的装置，现有技术中任意可实现对分离薄膜加热的装置均可。

进一步的，所述装置还包括：

液化容器降温装置，用于对所述液化容器300内部进行降温以加速SF6气体的液化。

本实施例中，还可采用加压低温液化方法，通过液化容器降温装置对液化容器300内部进行降温，在加压和低温的共同作用增加SF6气体的液化速度，提高处理效率。

进一步的，所述液化容器300还设置有：液位检测装置以及液化气体输出装置；

所述液位检测装置与所述控制单元信号连接，用于获取所述液化容器300 内部液位高度，并发送给所述控制单元；

所述控制单元还用于在所述液化容器300内部液位高度达到预设高度时，向所述液化气体输出装置发送排放信号；

所述液化气体输出装置根据所述排放信号将所述液化容器300内的液化气体排出。

在本实施例中，由于液化容器300的容积有限，为了保证SF6气体的连续液化，增设了液位检测装置以及液化气体输出装置，通过液位检测装置获取液化容器300内部液位高度，并发送给控制单元，由控制单元判断液化容器 300内部液位高度是否达到预设高度，当液化容器300内部液位高度达到预设高度时，控制单元控制液化气体输出装置将液化容器300内的液化气体排出，以为后续的液化过程提供容纳空间。

此外，上述实施例中，初分离组件100内可设置有可设置多个单一分离薄膜，多个单一分离薄膜并行连接，具体可根据装置的气体分离最终需求的效果决定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。