CN109850854A - 一种混合气体净化分离回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合气体净化分离回收系统，包括串接连接的预处理单元、气体分离单元以及纯净气体回收单元，预处理单元的上游端部具有用于与开关气腔连接的回收口，气体分离单元包括与预处理单元的下游端部连接的初级膜分离器，初级膜分离器的下游并联连接有第一、第二次级膜分离器，第一次级膜分离器与初级膜分离器的氮气出口连接，第二次级膜分离器与初级膜分离器的六氟化硫出口连接，第一次级膜分离器的氮气出口放空，六氟化硫出口通过回流管路连接预处理单元，第二次级膜分离器的氮气出口通过回流管路连接预处理单元，六氟化硫出口连接下游的纯净气体回收单元。使两路次级膜分离器分别用于专门分离出氮气与六氟化硫，提高了分离效果。

Description

一种混合气体净化分离回收系统

技术领域

本发明属于混合气体回收技术领域，具体涉及一种混合气体净化分离回收系统。

背景技术

六氟化硫（SF₆）气体因具备优良的绝缘灭弧性能，被广泛应用于电力行业。然而，六氟化硫的温室效应显著，且六氟化硫气体的价格相对昂贵，这就限制了六氟化硫的应用。为适应环保要求、减少温室气体排放，目前通常利用六氟化硫与氮气的混合气体来替代纯六氟化硫气体。而采用六氟化硫与氮气的混合气体的电气设备在运行过程中不可避免地需要进行检修维护工作，在检修维护过程中需要对电气设备内的六氟化硫混合气体进行净化分离回收。

授权公告日为2018.02.06、授权公告号为CN207012771U的中国实用新型专利公开了一种“六氟化硫和氮气混合气体回收分离提纯装置”，包括依次串接连接的预处理单元、气体分离单元、抽真空单元以及纯净气体回收单元，还包括与混合气体电气设备的排气口相连的原料气体输入动力系统，混合气体经原料气体输入动力系统进入预处理单元，预处理后的混合气体进入气体分离单元，通过气体膜分离原理，混合气体被分离为三路气体：尾气、产品气体、循环气体，尾气的主成分为氮气，仅含有微量的六氟化硫气体；产品气体的主成分为六氟化硫气体，可直接被回收；而循环气体的主成分为氮气和六氟化硫气体，六氟化硫气体占比大于50%，因此循环气体需要经过循环气体动力系统，再回到气体处理单元，重新加入混合气体分离流程。

由于上述混合气体回收分离提纯装置并没有公开气体分离单元的具体结构，仅仅公开了采用气体膜分离原理，而传统的采用这种原理的分离方式通常是直接通过膜分离器分离，但是这种分离方式的实际分离效果往往较差，容易导致回收得到的六氟化硫气体浓度较低，或者导致排放出的尾气的六氟化硫含量不达标，还需要再次利用尾气处理系统对尾气进行进一步的处理才能够被排空。

发明内容

本发明提供一种混合气体净化分离回收系统，以解决现有的混合气体净化分离回收系统分离效果差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的混合气体净化分离回收系统的技术方案为：

一种混合气体净化分离回收系统，包括串接连接的预处理单元、气体分离单元以及纯净气体回收单元，预处理单元的上游端部具有用于与开关气腔连接的回收口，气体分离单元包括与预处理单元的下游端部连接的初级膜分离器，初级膜分离器的下游并联连接有第一、第二次级膜分离器，第一次级膜分离器与初级膜分离器的氮气出口连接，第二次级膜分离器与初级膜分离器的六氟化硫出口连接，第一次级膜分离器的氮气出口放空，六氟化硫出口通过回流管路连接预处理单元，第二次级膜分离器的氮气出口通过回流管路连接预处理单元，六氟化硫出口连接下游的纯净气体回收单元。

有益效果：本发明的混合气体净化分离回收系统通过初级膜分离器能够将混合气体进行初级分离，由初级膜分离器分离出的氮气含量较高的气体进入第一次级膜分离器并再次分离，分离出的氮气内的六氟化硫含量即可达到符合排放标准的浓度要求，分离出的六氟化硫再次回到预处理单元，由初级膜分离器分离出的六氟化硫含量较高的气体则进入到第二次级膜分离器并再次分离，由第二次级膜分离器的六氟化硫出口分离出的气体的六氟化硫含量进一步得到提高，分离出的氮气则再次回到预处理单元，使两路次级膜分离器分别用于专门分离不同的气体，以提高回收气体的六氟化硫的含量、降低排出的氮气中的六氟化硫含量，提高了分离效果。

进一步地，第一次级膜分离器与初级膜分离器之间串接连接有加热部件和温控部件，所述混合气体净化分离回收系统还包括控制单元，加热部件和温控部件与控制单元连接。

有益效果：在通过第一次级膜分离器对气体进行分离前，能够通过加热部件与温控部件调节控制气体温度，使第一次级膜分离器处于较好的使用工况，有利于提高第一次级膜分离器的分离速度和分离质量。

进一步地，第一次级膜分离器与初级膜分离器之间串接连接有缓冲罐、压缩机和减压部件。

有益效果：在通过第一次级膜分离器对气体分离前，能够通过缓冲罐、压缩机和减压部件调节控制气体压力，使第一次级膜分离器处于较好的使用工况，有利于提高第一次级膜分离器的分离速度和分离质量。

进一步地，第一次级膜分离器的氮气出口设有六氟化硫检测器，六氟化硫检测器连接所述控制单元。

有益效果：能够通过控制单元实时监测从第一次级膜分离器的氮气出口的排出气体中的六氟化硫含量，当六氟化硫含量达标时，可以进行排放，当六氟化硫含量不达标时，就可以通过控制单元控制氮气不排空，避免分离失效时导致六氟化硫排空，污染环境。

进一步地，预处理单元包括混合气体回收单元和净化加热单元，混合气体回收单元包括顺序串接连接的减压装置、缓冲罐以及压缩机，第一次级膜分离器的六氟化硫出口和第二次级膜分离器的氮气出口均通过回流管路与缓冲罐连接。

有益效果：第一次级膜分离器排出的六氟化硫和第二次级膜分离器排出的氮气进入到缓冲罐后，六氟化硫与氮气的压力会缓降下来，然后再被压缩机压缩增压，待压缩机将气体压力增加到所需值后，才会进入到后续的净化加热单元，方便净化加热单元对气体进行统一处理。

进一步地，净化加热单元包括串接连接的干燥器、过滤器以及加热器，加热器与所述控制单元连接。

有益效果：干燥器能够对气体进行干燥，过滤器能够过滤气体中的粉尘絮状物、六氟化硫分解产物，通过干燥器与过滤器能够在膜分离器之前将气体进行净化处理，延长了膜分离器的使用寿命，提高了分离效果。

附图说明

图1是本发明的混合气体净化分离回收系统的具体实施例一的结构简图；

图2是本发明的混合气体净化分离回收系统的具体实施例二的结构示意图。

图中：1、回收口；2、第一压力表；3、第一电磁阀；4、第一减压器；5、第一缓冲罐；6、第一压力传感器；7、第一安全阀；8、第一过滤器；9、第一压缩机；10、第二压力表；11、干燥器；12、一级过滤器；13、二级过滤器；14、第二安全阀；15、第二缓冲罐；16、第二压力传感器；17、第二电磁阀；18、第一减压阀；19、第一加热器；20、第一温度控制器；21、初级膜分离器；22、第三缓冲罐；23、第二压缩机；24、第二加热器；25、第二减压器；26、第二温度控制器；27、第一次级膜分离器；28、第一六氟化硫检测器；29、排空消音器；30、第一背压阀；31、第二次级膜分离器；32、第二背压阀；33、第三电磁阀；34、第四电磁阀；35、第一检修手动阀；36、储液罐；37、第三压力表；38、第三安全阀；39、第二检修手动阀；40、第五电磁阀；41、第二减压阀；42、第三压缩机；43、散热器；44、第四压力表；45、第三压力传感器；46、第二六氟化硫成分检测器；47、第四安全阀；48、六氟化硫罐瓶口；49、抽真空口；50、电阻真空计；51、第六电磁阀；52、第七电磁阀；53、真空泵；54、排空口；55、真空泵排气口；56、氮气取样口；57、第一回收管路；58、第二回收管路；59、主管路；60、分支管路；61、预处理单元；62、纯净气体回收单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明的混合气体净化分离回收系统的具体实施例一，如图1所示，该混合气体净化分离回收系统包括通过气体回收管路依次串接连接的预处理单元61、气体分离单元以及纯净气体回收单元62，预处理单元61的上游端部具有用于与开关气腔连接的回收口1，预处理单元61包括顺序串接连接的减压器、缓冲罐、压缩机、干燥器、过滤器、加热器，气体分离单元包括与预处理单元61的下游端部连接的初级膜分离器21，初级膜分离器21的下游并联连接有第一次级膜分离器27、第二次级膜分离器31，第一次级膜分离器27与初级膜分离器21的氮气出口连接，第二次级膜分离器31与初级膜分离器21的六氟化硫出口连接，第一次级膜分离器27的氮气出口通过排空口54放空，六氟化硫出口通过回流管路连接预处理单元61的缓冲罐，第二次级膜分离器31的氮气出口通过回流管路连接预处理单元61的缓冲罐，六氟化硫出口连接下游的纯净气体回收单元62，纯净气体回收单元62包括并联连接的第一回收管路、第二回收管路，第一回收管路包括储液罐，第二回收管路包括六氟化硫检测器，第一回收管路、第二回收管路的末端汇合后与六氟化硫罐瓶口48连接，使用时，六氟化硫罐瓶口48用于与六氟化硫气瓶连接。

本发明的混合气体净化分离回收系统的具体实施例二，如图2所示，该混合气体净化分离回收系统包括通过气体回收管路依次串接连接的预处理单元、气体分离单元以及纯净气体回收单元，图2中气体回收管路上的箭头示意在对混合气体进行净化分离回收时，混合气体净化分离回收系统中的气体走向，预处理单元包括混合气体回收单元和净化加热单元，混合气体回收单元包括顺序串接连接的第一电磁阀3、第一减压器4、第一缓冲罐5、第一过滤器8、第一压缩机9、第二压力表10，混合气体回收单元的上游端部设有用于与混合气体电气设备的混合气体出气口连接的回收口1，回收口1处设置有自封式快速接头的母件，使用时，混合气体电气设备的出气口处设置有与回收口1处的公件相适配的公件，当回收口1处未与混合气体电气设备的出气口连接时，回收口1处于关闭状态，当回收口1与混合气体电气设备的出气口连接时，回收口1处于开启状态，回收口1与第一电磁阀3之间设置有用于检测进入气体压力的第一压力表2，第一缓冲罐5上设有第一压力传感器6、第一安全阀7，第一安全阀7为低压安全阀，第一过滤器8能够对混合气体中的粉尘絮状物以及六氟化硫分解产物进行初步过滤。

净化加热单元包括串接连接的干燥器11、一级过滤器12、二级过滤器13、第二缓冲罐15、第二电磁阀17、第一减压阀18以及第一加热器19，第二缓冲罐15上设置有第二安全阀14，第二缓冲罐15与第二电磁阀17之间设置有第二压力传感器16，第二安全阀14为高压安全阀。干燥器11对混合气体进行干燥，一级过滤器12、二级过滤器13用于对混合气体中的粉尘絮状物以及六氟化硫分解产物进行进一步地过滤，从而能够通过净化进入膜分离器的气体，延长膜分离器的使用寿命。

气体分离单元包括与净化加热单元的下游端部连接的初级膜分离器21，初级膜分离器21与第一加热器19之间设置有第一温度控制器20，初级膜分离器21的下游并联连接有第一次级膜分离器27和第二次级膜分离器31，气体经初级膜分离器21分离后分为两路气体，一路气体的主成分为氮气，通向第一次级膜分离器27，另一路气体的主成分为六氟化硫，通向第二次级膜分离器31，本实施例中，第二次级膜分离器31设有两个，两个第二次级膜分离器31为并联关系，当然，在其他的实施例中，也可以仅设置一个第二次级膜分离器31或者三个、四个等，当设有多个第二次级膜分离器31时，也可以将多个第二次级膜分离器31串联连接，以提高分离出的六氟化硫的浓度。

初级膜分离器21与第一次级膜分离器27之间依次串接连接有第三缓冲罐22、第二压缩机23、第二加热器24、第二减压器25以及第二温度控制器26，第二加热器24、第二温度控制器26也与控制单元连接，气体经第一次级膜分离器27分离后分成两路气体，一路气体的主成分为氮气，另一路气体的主成分为六氟化硫气体，第一次级膜分离器27的氮气出口通过排空管路与排空口54连通，排空口54与氮气出口之间设置有第一六氟化硫检测器28，混合气体净化分离回收系统还包括控制单元，第一六氟化硫检测器28与控制单元连接，能够实时监测检测氮气出口排出的气体的六氟化硫含量，检测达标后才通过排空口54排空，当控制单元采集到排出的氮气中的六氟化硫的含量大于设定值时，会控制混合气体净化分离回收系统立刻停止回收，使排空口54停止排空，避免分离失效时导致六氟化硫排空，污染环境，排空口54处设置有排空消音器29，用于降低排空噪音，排空管路上还并联有取样管路，取样管路的末端设置有氮气取样口56，可以通过氮气取样口56对排空的氮气进行取样分析；第一次级膜分离器27的六氟化硫出口通过回流管路与第一缓冲罐5连接，第一缓冲罐5与六氟化硫出口之间设置有第一背压阀30，六氟化硫经第一背压阀30进入第一缓冲罐5后，重新加入混合气体净化加热分离流程。通过第二减压器25、第二温度控制器26能够在气体经第一次级膜分离器27分离前调节控制气体压力与温度，有利于提高第一次级膜分离器27的分离速度与分离质量。

气体经第二次级膜分离器31分离后，也分成了两路气体，一路气体的主成分为氮气，另一路气体的主成分为六氟化硫，第二次级膜分离器31的氮气出口通过回流管路与第一缓冲罐5连接，重新加入混合气体净化加热分离流程，第二次级膜分离器31的六氟化硫出口经过串接连接的第二背压阀32、第三电磁阀33连接下游的纯净气体回收单元。

纯净气体回收单元包括并联连接在第三电磁阀33的下游的第一回收管路57、第二回收管路58，第一回收管路57包括顺序串接连接的第四电磁阀34、第一检修手动阀35、储液罐36、第二检修手动阀39、第五电磁阀40，储液罐36用于暂存由第一回收管路57经过的六氟化硫，其上设置有第三压力表37、第三安全阀38，第一回收管路57使用过程中第一检修手动阀35、第二检修手动阀39处于开启状态，当需要对储液罐36进行检修时，将第一检修手动阀35、第二检修手动阀39手动关闭；第二回收管路58包括顺序串接连接的第二减压阀41、第三压缩机42、散热器43、第四压力表44、第三压力传感器45、第二六氟化硫成分检测器46以及第四安全阀47，第四安全阀47为高压安全阀，第一回收管路57与第二回收管路58的末端汇合后与六氟化硫罐瓶口48连接，第二六氟化硫成分检测器46也与控制单元连接，用于对六氟化硫气体含量进行检测，当分离出的六氟化硫气体含量不满足回收标准时，控制单元控制混合气体净化分离回收系统停止回收，避免分离失效时，回收到的六氟化硫不达标。本实施例中的六氟化硫罐瓶口48处也设有自封式快速接头的母件，使用时，六氟化硫气瓶上设置有与六氟化硫罐瓶口48处的母件相适配的公件，当未与六氟化硫气瓶连接时，六氟化硫罐瓶口48处于关闭状态，当与六氟化硫气瓶连接时，六氟化硫罐瓶口48处于开启状态。

混合气体净化分离回收系统还包括抽真空单元，抽真空单元包括主管路59与分支管路60，主管路59的两端分别为抽真空口49、真空泵排气口55，主管路59包括顺序串接连接的电阻真空计50、第七电磁阀52、真空泵53，分支管路60的一端与主管路59相连接，另一端与纯净气体回收单元的第二回收管路58的中部相连接，分支管路60上还设有第六电磁阀51。本实施例中，抽真空口49处也设置有自封式快速接头的母件，该母件与六氟化硫罐瓶口48处的母件型号相同，当未与六氟化硫气瓶连接时，抽真空口49处于关闭状态，当与六氟化硫气瓶连接时，抽真空口49处于开启状态。

上述中的第一压力传感器6、第二压力传感器16以及第三压力传感器45均与控制单元连接，压力传感器能够对各个单元的压力进行监控，并将实时压力信息传递给控制单元，控制单元通过预先设计编程控制，能够使各个单元的压力保持在设定压力值，不会引起较大的压力波动；上述中的第一加热器19、第一温度控制器20、第二加热器24、第二温度控制器26也均与控制单元连接，能够将进入初级膜分离器21以及进入第一次级膜分离器27的气体的实时温度传递给控制单元，控制单元可对气体温度进行自动调节，保证膜分离器处于最佳使用工况。

使用时，当六氟化硫罐瓶口48处连接有六氟化硫气瓶时，六氟化硫罐瓶口48处于开启状态，关闭第四电磁阀34、第五电磁阀40，此时分离出的六氟化硫由第二回收管路58经过，被压充进六氟化硫气瓶中；当六氟化硫罐瓶口48处未连接六氟化硫气瓶时，六氟化硫罐瓶口48处于关闭状态，打开第四电磁阀34，第五电磁阀40仍处于关闭状态，此时分离出的六氟化硫由第一回收管路57经过，被暂时收集在储液罐36中，等到六氟化硫罐瓶口48处连接有六氟化硫气瓶时，再开启第五电磁阀40，即可将收集在储液罐36中的六氟化硫充入到六氟化硫气瓶中。

混合气体净化分离回收系统的具体使用步骤如下：

（1）将六氟化硫气瓶通过充气软管与抽真空单元的抽真空口49连接，开启第七电磁阀52、真空泵53，关闭第六电磁阀51，即可对六氟化硫气瓶抽真空；

（2）关闭第七电磁阀52、真空泵53，将抽真空后的六氟化硫气瓶连接在六氟化硫罐瓶口48处，并将预处理单元的回收口1与混合气体电气设备的出气口连接；

（3）开启第一电磁阀3、第二电磁阀17、第三电磁阀33和第一压缩机9、第二压缩机23、第三压缩机42以及第一加热器19、第二加热器24，进行混合气体的净化分离回收。当第一压力传感器6测得的压力低于额定值时，控制单元控制混合气体净化分离回收系统停止回收。

本发明的混合气体净化分离回收系统通过初级膜分离器能够将混合气体进行初级分离，由初级膜分离器分离出的氮气含量较高的气体进入第一次级膜分离器并再次分离，分离出的氮气内的六氟化硫含量即可达到符合排放标准的浓度要求，分离出的六氟化硫再次回到预处理单元，仍可被分离回收，由初级膜分离器分离出的六氟化硫含量较高的气体则进入到第二次级膜分离器并再次分离，由第二次级膜分离器的六氟化硫出口分离出的气体的六氟化硫含量进一步得到提高，分离出的氮气则再次回到预处理单元，使两路次级膜分离器分别用于专门分离不同的气体，以提高回收气体的六氟化硫的含量、降低排出的氮气中的六氟化硫含量，提高了分离效果。

在本发明的其他实施例中，也可以在第一次级膜分离器的氮气排空管路上设置电磁阀，从而当混合气体净化分离回收系统需要抽真空时，就可以通过打开第六电磁阀51以及混合气体净化分离回收系统中的除了氮气排空管路上的电磁阀之外的所有阀门，对混合气体净化分离回收系统进行抽真空。

在本发明的其他实施例中，也可以通过其他方式控制回收口、六氟化硫罐瓶口和抽真空口的启闭，例如，可以在回收口、六氟化硫罐瓶口和抽真空口的所在管路上设置电磁阀，当需要开启回收口、六氟化硫罐瓶口或抽真空口时，打开相对应的电磁阀，当需要关闭回收口、六氟化硫罐瓶口或抽真空口时，关闭对应的电磁阀即可。

Claims (6)

1.混合气体净化分离回收系统，包括串接连接的预处理单元、气体分离单元以及纯净气体回收单元，预处理单元的上游端部具有用于与开关气腔连接的回收口，其特征在于：气体分离单元包括与预处理单元的下游端部连接的初级膜分离器，初级膜分离器的下游并联连接有第一、第二次级膜分离器，第一次级膜分离器与初级膜分离器的氮气出口连接，第二次级膜分离器与初级膜分离器的六氟化硫出口连接，第一次级膜分离器的氮气出口放空，六氟化硫出口通过回流管路连接预处理单元，第二次级膜分离器的氮气出口通过回流管路连接预处理单元，六氟化硫出口连接下游的纯净气体回收单元。

2.根据权利要求1所述的混合气体净化分离回收系统，其特征在于：所述第一次级膜分离器与所述初级膜分离器之间串接连接有加热部件和温控部件，所述混合气体净化分离回收系统还包括控制单元，加热部件和温控部件与控制单元连接。

3.根据权利要求1或2所述的混合气体净化分离回收系统，其特征在于：所述第一次级膜分离器与所述初级膜分离器之间串接连接有缓冲罐、压缩机和减压部件。

4.根据权利要求1或2所述的混合气体净化分离回收系统，其特征在于：所述第一次级膜分离器的氮气出口设有六氟化硫检测器，六氟化硫检测器连接所述控制单元。

5.根据权利要求1或2所述的混合气体净化分离回收系统，其特征在于：所述预处理单元包括混合气体回收单元和净化加热单元，混合气体回收单元包括顺序串接连接的减压装置、缓冲罐以及压缩机，第一次级膜分离器的六氟化硫出口和第二次级膜分离器的氮气出口均通过回流管路与缓冲罐连接。

6.根据权利要求5所述的混合气体净化分离回收系统，其特征在于：所述净化加热单元包括串接连接的干燥器、过滤器以及加热器，加热器与所述控制单元连接。