CN101142305A - 从绝缘油中除去活性硫的方法 - Google Patents

Abstract

一种从绝缘油中除去硫的方法。所述油暴露于至少一种硫清除材料和至少一种极性吸附剂。

Description

从绝缘油中除去活性硫的方法

技术领域

本发明涉及用于处理含有含活性硫化合物的油的方法和装置。

背景技术

绝缘油被用于电力变压器、配电变压器和反应器中。这些油通常含有微量的活性硫化合物，特别是硫醇。活性硫化合物可以与铜反应，形成硫醇铜。硫醇铜可以进一步分解，导致硫化铜(I)Cu₂S的形成。这些净反应可以表示如下：

Cu₂O+2RSH2 CuSR+H₂O

2CuSRCu₂S+RSR

其中-SH是硫氢基(或硫醇)，-R是烷基。

其他的硫有机物特别是硫化物也可以通过直接与铜反应或经转化为硫醇而起作用。

Cu₂S不溶于油并且可以形成沉积，特别是在纤维素材料的表面上。当Cu₂S的沉积开始时，该过程被认为是自催化的。表面会选择性吸附反应物和中间产物，并且还催化中间产物分解为Cu₂S。

发明内容

提供一种用于从绝缘油中除去含硫化合物的方法。该方法包括使油暴露于至少一种硫清除材料和使油暴露于至少一种极性吸附剂。

还提供一种用于从绝缘油中除去含硫化合物的系统。该系统包括用于将油抽吸通过系统的泵、含至少一种硫清除材料的装置和含至少一种硫吸附剂的装置。

通过说明书、附图和实施例，本发明的其他目的和优点以及典型实施方案的结构和功能将变得更加清楚。

附图说明

通过下面结合附图对本发明典型实施方案所作的更加具体的说明，本发明的上述和其他特征以及优点将变得显而易见，在附图中，相同的附图标记通常表示相同、功能类似和/或结构类似的元件。

图1图示说明具有隔离线匝的隔片的绕组的实施方案；

图2表示图示说明由线路或换相故障而产生的典型电压瞬变图；

图3a表示图示说明根据本发明的系统的一个实施方案示意图；

图3b表示图示说明根据本发明的系统的另一个实施方案示意图；

图4表示图示说明根据本发明的系统的又一个实施方案示意图；和

图5表示图示说明根据本发明的系统的另一个实施方案示意图。

具体实施方式

下面详细讨论本发明的实施方案。在所描述的实施方案中，为了简明而使用了特定的术语。但是，本发明并不受限于所选用的特定术语。虽然讨论了具体的典型实施方案，但应该理解的是，这仅仅是用于示例性说明的目的。本领域技术人员将理解，也可以使用其他的部件和构型，而不偏离本发明的精神和范围。

电力变压器、配电变压器和反应器通常包括由油和纤维素组成的绝缘系统。这两种成分由于它们相对低的价格以及良好的性能而被长期使用。这种绝缘系统的介电强度很大程度上依赖于它的绝缘特性。

在这种装置的运行期间，硫化铜(I)可以沉积在绝缘系统的纤维素上。这可以降低局部放电(PD)的启动水平。随着在绕组区域中的沉积、高的电应力以及在一定运行条件下，特别是瞬变频繁时，PD活动可导致固态绝缘体的劣化并最终导致介电击穿。

电应力高的区域的实例是在绕组中的线匝之间。这种匝间绝缘通常是通过导体绝缘而建立的，其可以例如包括纸卷绕，并且有时还可包括将导体相互隔离的隔片。图1图示说明具有隔离线匝的隔片的绕组的一个实施方案。利用纸卷绕使导体绝缘。导体绝缘和隔片均对硫化铜(I)沉积非常敏感。

有时，变压器经受来自雷电的电压瞬变，所谓雷电冲击。电压瞬变的其他来源例如是高压直流(HVDC)系统中的换相故障或线路故障。图2是图示说明电压和时间之间关系的图，表明由线路或换相故障所产生的典型电压瞬变。由于这些故障的反复性特点，因此这些故障特别有害。在一些设备中，在通常的24小时内可发生几百次换相故障和线路故障。

可以通过除去或减少活性铜以及含硫成分来防止或抑制导致Cu₂S形成的反应。但是，常规的绝缘油加工技术例如再处理和再生效果小或没有效果。再生通常是通过利用用于极性污染物的吸附剂例如漂白土或氧化铝来处理油而进行的，再生的首要目的是从老化油中除去氧化产物，并将它恢复到类似于新油的状况。利用该方法可以除去硫醇铜以及其他铜有机化合物。但是，对硫醇含量的效果有限，并且对硫化物以及二硫化物含量的效果更差。

本发明提供用于从油中除去活性硫的方法以及用于实施除去工艺的装置。这些可包括硫有机物的潜在有害活性硫化合物可以通过利用对硫具有高反应性的材料来处理油而被除去和/或被转化为更容易除去的化合物。这种对硫具有高反应性的材料可被称为硫清除剂。与硫清除剂的反应可以将含硫化合物转化为更容易除去的化合物。例如，含活性硫的化合物可以转化为不可溶的金属硫化物或油可溶性的金属硫醇盐。这些硫醇盐然后可以被极性吸附剂材料捕集，例如标准油再生中使用的类型的极性吸附剂材料。因此，油还可以或者选择性地利用至少一种极性吸附剂材料来处理。

油可以以任意次序暴露于硫清除剂和/或极性溶剂。而且，油可以多次暴露于硫清除剂和/或极性溶剂。暴露可以以任意的次序发生。例如，油可以暴露于清除剂两次，然后暴露于吸附剂。可以使用一种或多种硫清除剂材料和一种或多种极性吸附剂材料的组合。如果油最后一次暴露于清除剂之后接着暴露于极性吸附剂，则可以获得最佳结果。这可以除去由暴露于清除剂而产生的任意油可溶性产物。但是，本文中任意的处理方案均可以获得良好的结果。

暴露于清除剂和吸附剂可以以许多不同的方式来进行。例如，清除剂和/或吸附剂可以悬浮在油中。根据另一个实施例，清除剂和/或吸附剂可以包含在容器例如柱中。油还可以以其他的方式暴露于清除剂和/或吸附剂。

实现这种组合处理的一种方式是首先使油流经具有大面积的用作硫清除剂的这种材料的装置。例如，油可以被引导通过填充有如下所述的一种或多种硫清除剂的柱。然后，油可以流经填充有极性吸附剂材料的容器。不可溶的反应产物例如硫化铜可以保留在清除剂材料上。另一方面，可溶性反应产物例如硫醇铜可以随油被传送到吸附剂材料，在此被吸附。

如果通过将硫清除剂和吸附剂材料悬浮在油中来实施暴露，则暴露时间为几分钟～几小时。例如，暴露时间可以是约1分钟～约10小时。通常，暴露时间为约5分钟～约60分钟。该时间可以包括对所有吸附剂和清除剂的暴露。作为替代方案，油可以暴露于清除剂一定的时间，然后暴露于吸附剂一定的时间。实际上，如果油暴露于清除剂和/或吸附剂多次，则每一次暴露的时间可以是如上所述的时间长度。精确的时间可取决于在未处理油中含活性硫化合物的水平和/或希望实现的这些化合物的减少水平。

如果在柱中含有试剂的流体系统中实施暴露，则典型的流速可以是约500-约5000升/小时，典型的接触时间为不到一分钟直到几分钟。例如，接触时间可以是约30秒-约10分钟。

为了更有效地除去吸附剂除去效率较差的含硫化合物，油可以暴露于一种或多种清除剂。可以在将油暴露于吸附剂之前暴露于清除剂。而且，在一个容器中，一种或多种清除剂可以结合一种或多种吸附剂。实际上，每一种清除剂和/或吸附剂都可以在独立的容器中。一种或多种清除剂可以在一个容器中，一种或多种吸附剂可以在一个容器中。清除剂和吸附剂的布置可以根据它们性质而定。例如，由于元素铜和氧化铜具有不同的选择性，因此它们的组合效果有时比它们单独的效果更好。在使用后吸附剂材料被重新活化而不是被抛弃的情况下，至少一些硫清除剂材料可以被保持在独立的容器中，这是因为它们可能受重新活化的影响。图3b中所示的实施方案图示说明了这种情况，下面将更详细地进行讨论。为了允许清除剂更有效地除去含硫化合物，可以以提供包括清除剂的大表面面积的方式来提供清除剂。

大表面面积可以以各种不同方式来实现。例如，清除剂可以提供在具有高表面面积的基材上。另外或作为替代方案，可以以具有高表面面积的形式提供清除剂。

根据本发明可以利用一种或多种清除剂。清除剂可以包括可以从油中除去所需含硫化合物或将其转化为更极性的化合物的任意材料。硫清除剂的实例可以包括元素铜和容易形成硫化物的其他金属，例如黑色金属，如Fe、Ni和Cr。金属还可以是氧化态，例如盐。金属氧化物可以是特别有用的。可以利用的一种金属盐是氧化铜(I)Cu₂O。本领域技术人员知道可以利用的其他的清除剂。上述清单仅是示例性的而非排他性的。

清除剂的形式可以变化，这取决于清除剂的组成。例如，金属和金属盐可以是片、线、细丝、碎块、颗粒、海绵状物的形状、或任意具有大表面面积的其他制品。其他清除剂可以具有不同形式和/或可以提供在基材上。

油可以暴露于任意适当结构中的硫清除剂。例如，清除剂可以包含在处理柱中。所述柱可以填充有一种或多种上述形式的清除剂或一种或多种基材，在所述基材中和/或其上布置有一种或多种清除剂。

可以利用不同清除剂和/或吸附剂材料来除去不同含硫化合物。例如，可溶性反应产物可以通过用一种或多种用于极性污染物的吸附剂来处理油而被除去或减少。可溶性含硫化合物的实例包括硫醇和硫醇铜。用于极性污染物的吸附剂的实例可包括磷酸盐、硅酸盐和/或金属氧化物。硅酸盐的实例可包括漂白土和沸石。金属氧化物的实例可包括氧化铜(I)(Cu₂O)、氧化钛(TiO₂)或氧化铝(Al₂O₃)。磷酸盐的实例可包括羟基磷灰石。本领域技术人员可以知道其他可利用的吸附剂。上述清单仅是示例性的并不是排他性的。

吸附剂可以使用并重新活化。实际上，吸附剂可以使用并重新活化多次。在这种情况下，大量的铜和其他金属可以积累在吸附剂上，使得它还可以作为硫清除剂。

虽然用于极性污染物的吸附剂可以高效除去溶解的铜和一些硫醇，但是其他的成分例如硫化物、二硫化物、极性较差的硫醇盐以及不可溶性反应产物通过吸附剂处理的除去效率较差。通过吸附剂处理而除去效果较差的化合物的实例可包括硫化物、二硫化物和一些硫醇。

油的处理可优选在高于正常主体油(normal bulk oil)温度的温度下实施。换言之，可以在高于油的正常工作温度的温度下处理油。例如可以在约60℃或更高温度下实施处理。温度范围还可以是约70℃或更高，甚至约80℃或更高。实际上，可以利用高达约100℃或更高的温度。在较低温度下也可以成功进行处理，甚至在环境温度下。

硫清除剂以及吸附作用通常在较高的温度下效率更高。但是，在太高的温度下可发生油的分解和/或可以发生其他所不希望的副作用。实施该过程的最佳温度通常取决于油的状况和组成。油的氧含量可以影响可利用的温度。例如，低氧含量可允许在硫除去过程中利用更高的温度，而不破坏油。

暴露于高于正常工作油温的温度可以在处理过程中的任意时间点来实施。通常，在暴露于吸附剂和/或清除剂之前使油温升高。

处理方法还可以包括过滤油。可以在使油暴露于清除剂和/或吸附剂之前进行过滤。这样，可以在用清除剂和/或吸附剂进行任意处理之前过滤油。可选地和/或附加地，可以在用清除剂和/或吸附剂进行所有处理之后过滤油。此外，还可以或可选地在用清除剂和/或吸附剂任意处理油之后过滤油。

可以以多种方式来实施处理方法。例如，可以用商购的内燃机润滑油再生设备。在这种情况下，可以用一种或多种硫清除剂材料来替代通常在这种设备中包括的一个或多个柱中的顶层吸附剂。每一个柱均可以以这种方式来改变。

可以在设备上以连续方式、箱到箱(tank-to-tank)或在线方式来进行处理。但是，也可通过在两个连续的步骤中使大批清除剂和吸附剂材料接触来实施处理方法，并且在每一步骤之后过滤。

本发明还包括用于处理油的系统。系统包括至少一个包括至少一种硫清除剂的结构。油与结构中的硫清除剂接触。系统还包括至少一个包括至少一种极性吸附剂的结构。油与结构中的吸附剂接触。该结构可包括处理柱或其他结构。在一些实施方案中，单个结构可含有清除剂以及吸附剂。单个结构还可以包括一个或多个独立的结构，以将清除剂和吸附剂相互隔离和/或与在该结构中的其他清除剂和吸附剂隔离。系统可包括多个含有清除剂和/或吸附剂的结构。所述结构可以并联和/或串联布置。

系统可包括用于将油抽吸通过系统的泵。还可以包括加热器，以将油加热到高于一般的工作油温的温度。加热器可以布置在系统内的任意位置，以在所需的部位提供加热的油。可以在系统中布置一个或多个过滤器，以根据需要过滤油。例如可以在清除剂和/或吸附剂的任意处理之前和/或之后布置过滤器。也可以在清除剂和/或吸附剂的单个处理之前或之后布置一个或多个过滤器。这样，可以在用清除剂处理之后和在用吸附剂处理之前过滤油。在处理之后和在回到变压器或其他箱之前可以将油转移到储存器或膨胀箱。油还可以通过阀而返回变压器箱或油冷却系统中。系统还可以直接连接到变压器箱。作为替代方案，系统可以在从变压器箱中除去油之后接受待处理的油。

图3a图示说明根据本发明的用于在线处理油的系统的实施方案。该系统被布置以处理变压器中的油。系统10连接变压器箱12。泵14从箱中泵吸待处理的油。将油从箱中抽吸到加热器16，以加热油。然后油移动到含有第一硫清除剂1和第二硫清除剂2的单个柱18中。吸附剂3也布置在该柱中。在通过清除剂和吸附剂处理之后，用过滤器20过滤油。过滤之后，油流向储存器22。然后油回到箱中。箱、泵、加热器、柱、过滤器和储存器通过管连接。在该实施方案中，第一硫清除剂1可以是铜刨屑、第二硫清除剂2可以是氧化铜(I)丝，吸附剂可以是活性漂白土或氧化铝。

图3b图示说明根据本发明的系统的另一个实施方案。图3b中所示的系统利用两种硫清除剂材料和一种吸附剂材料的组合，也用于在线处理变压器中的油。但是，该实施方案可用于这样一种情况：一种清除剂材料可能受到用于吸附剂材料的重新活化过程影响时。这种情况的一个实例是：硫清除剂1是元素铜，硫清除剂2是氧化铜的混合物，吸附剂通过原位煅烧重新活化。在该实施方案中活化在活化区24中进行。

图4图示说明可用于箱对箱加工的实施方案。这样，该实施方案包括含有待处理的油的第一箱26。油从第一箱26转移到含有一种或多种清除剂以及一种或多种吸附剂的混合物的柱28。在暴露于柱中的清除剂和吸附剂之后，油被转移到容纳处理过的油的第二箱30。

图5图示说明包括柱串连的本发明的实施方案，当待处理的油含有能够阻止与清除剂材料反应的金属钝化剂以及作为第一步可通过吸附剂除去金属钝化剂时，可以利用该柱串连。这样，图5中所示的实施方案包括含有漂白土的第一柱32。第二柱34包括铜刨屑。第三柱36含有氧化铜，第四柱38含有漂白土。油在柱之间流动，如箭头所指示。对于这种情况，也可以使用混合床。

通常，根据本发明的方法可用于填充在变压器中的油，而不使它们去能化。连续方法可以是实施处理的的最佳选择，例如可以利用在图3中所示的实施方案来实施。在这种情况下，油可以被抽吸并加热，将清除剂和吸附剂保持在柱中并利用可以原位活化的吸附剂。这种连续处理可以利用改进的商购的内燃机润滑油再生设备来实施，例如可从Fluidex或Enervac获得。可以利用包括氧化铜颗粒的吸附剂，在加热器之后但在吸附剂柱之前添加含有铜碎片/刨屑的柱。然后可以按照正常油再生模式来运行这种改进的设备。有时，以单通箱对箱模式来处理油可能是理想的。但是，即使对于这种情况，也可使用相同类型的内燃机润滑油再生设备。

本说明书中所阐述和讨论的实施方案旨在教导本领域技术人员，以本发明人已知的最佳方式来实现并使用本发明。本说明书中内容都不应被认为是对本发明范围的限制。提供的所有实施例均为示例性和非限制性的。本发明的上述实施方案可进行修改和变化，而不偏离本发明，如本领域技术人员在上述教导的启发下所理解的那样。因此应该理解，在权利要求及其等同物的范围内，本发明可以不同于所具体描述的方式来实施。

Claims (26)

1.一种从绝缘油中除去硫的方法，所述方法包括：

使所述油暴露于至少一种硫清除材料；和

使所述油暴露于至少一种极性吸附剂。

2.根据权利要求1的方法，还包括：

过滤所述油。

3.根据权利要求1的方法，还包括：

在将所述油暴露于硫清除材料和将所述油暴露于极性吸附剂之前加热所述油。

4.根据权利要求1的方法，其中所述至少一种硫清除材料提供在高表面面积基材上。

5.根据权利要求4的方法，其中所述至少一种硫清除材料提供在柱中。

6.根据权利要求1的方法，其中所述至少一种硫清除材料包含元素铜或其他形成硫化物的金属或金属盐中的至少一种。

7.根据权利要求6的方法，其中所述金属盐包含氧化铜。

8.根据权利要求6的方法，其中所述至少一种硫清除材料以下列至少一种形状来提供：线、细丝、碎块、颗粒、箔和海绵状物。

9.根据权利要求1的方法，其中所述至少一种硫清除材料保留不可溶反应产物。

10.根据权利要求1的方法，其中所述至少一种极性吸附剂吸收可溶性反应产物。

11.根据权利要求10的方法，其中所述可溶性反应产物包含硫醇铜。

12.根据权利要求1的方法，其中所述至少一种极性吸附剂包含漂白土和氧化铝中的至少一种。

13.根据权利要求1的方法，还包括：

重新活化所述至少一种极性吸附剂。

14.根据权利要求13的方法，其中所述至少一种极性吸附剂被重新活化多次。

15.根据权利要求1的方法，其中所述方法在高于油的工作温度的温度下实施。

16.根据权利要求1的方法，其中所述方法在至少70℃的温度下实施。

17.根据权利要求1的方法，其中所述方法以连续的方式实施。

18.根据权利要求1的方法，其中所述方法在线实施。

19.根据权利要求1的方法，其中所述油暴露于所述至少一种硫清除材料多次，所述方法还包括：

在每一次油暴露于所述至少一种硫清除材料之后过滤所述油。

20.一种用于从绝缘油中除去硫的系统，所述系统包含：

用于将油抽吸通过所述系统的泵；

含至少一种硫清除剂的结构；和

含至少一种极性吸附剂的结构。

21.根据权利要求20的系统，还包含：

至少一个过滤器，用于在用所述含至少一种硫清除剂的结构或所述含至少一种硫吸附剂的结构处理之后来过滤所述油。

22.根据权利要求20的系统，还包含：

加热器，用于在用所述含至少一种硫清除剂的结构或所述含至少一种硫吸附剂的结构处理之前来加热所述油。

23.根据权利要求20的系统，其中所述泵与变压器箱互联。

24.根据权利要求20的系统，包含多个含硫清除剂的结构。

25.根据权利要求20的系统，其中所述油在流经所述含至少一种硫吸附剂的结构之前流经所述含至少一种硫清除剂的结构。

26.根据权利要求20的系统，其中所述含至少一种硫清除剂的结构和所述含至少一种硫吸附剂的结构是单个容器的部件。

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