CN114682064A - 一种sf6废气的射频放电降解方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SF6废气的射频放电降解方法，所述方法包括：将SF6、O2和Ar三种气体以(23～27)：(48～52)：2的比例混合，获得混合气体；将所述混合气体进行射频等离子体降解反应，获得反应产物，其中，所述射频等离子体降解反应中保持在0.3～1Torr的低压。本发明用射频等离子体降解SF6可以极大提高污染物的去除率和吸收率，同时降解率高经检测SF6的降解率达到了88～92％。

Description

一种SF6废气的射频放电降解方法
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，特别涉及一种SF6废气的射频放电降解方法。
背景技术
SF6绝缘性能是空气的2.5倍，灭弧性能是空气的约100倍，围绕SF6设计和开发的电力设备被广泛使用。尽管SF6具有诸多优良的性质，但是其本身具有极强的温室效应，是诸多环境公约中规定的限制性排放气体，SF6的使用和排放一直是环境领域关注的重点。近年来随着电力工业的发展，SF6作为最具代表的绝缘气体，其使用量也呈现上升趋势。
SF6被列为六大限制性气体之一，其他五个分别是二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化物(HFCs)、全氟化碳(PFCs)，其中SF6是单位体积温室效应值最高的气体。SF6的GWP值是CO2的23500倍，远超其他温室气体，同时SF6稳定性很强，能够在大气层中稳定存在上千年。因此可见，SF6的减排具有很强的环境意义，SF6废气的处理目前存在巨大的经济效益和社会效益。
因此，有必要开发一种SF6废气的环保处理方法。
发明内容
本发明目的是提供一种SF6废气的射频放电降解方法，用射频等离子体降解SF6可以极大提高污染物的去除率和吸收率，同时降解率高经检测SF6的降解率达到了92％。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种SF6废气的射频放电降解方法，所述方法包括：
将SF6、O2和Ar三种气体以(23～27)：(48～52)：2的体积比混合，获得混合气体；
将所述混合气体进行射频等离子体降解反应，获得反应产物，其中，所述射频等离子体降解反应中保持在0.3～1Torr的低压。
进一步地，所述SF6、O2和Ar经过标准的质量流量控制器的气体入口通入；所述SF6、O2和Ar在气体混合器中进行混合。
进一步地，所述射频等离子体降解反应中，通过射频发生器的两个铜电极放电，在玻璃反应器内产生等离子体放电区，使SF6、O2和Ar的混合气体经过等离子体放电区时发生反应。
进一步地，所述射频发生器的频率为13～14MHz，所述射频等离子体降解反应的时间为≥2h。
进一步地，通过缓冲装置使得所述玻璃反应器内反应后的气体压强≤10-3托；其中所述缓冲装置包括依次连通的机械真空泵、扩散油泵和缓冲器，所述缓冲器的出口与所述玻璃反应器相连通。
进一步地，所述方法还包括：对所述反应产物进行收集、识别和分析。
进一步地，所述识别中，使用气相色谱/质谱和傅里叶变换红外光谱仪对所述反应产物进行识别。
进一步地，所述分析中，使用FTIR对所述反应产物进行量化。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本发明实施例提供的一种SF6废气的射频放电降解方法，用射频等离子体降解SF6可以极大提高污染物的去除率和吸收率，同时降解率高经检测SF6的降解率达到了88～92％。
2、本发明实施例提供的一种SF6废气的射频放电降解方法，可以有效地降解常用的气体绝缘介质SF6，保证电力设备的正常运行和工作人员的安全，保护环境减少污染，具有工程实际应用和环保价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种SF6废气的射频放电降解方法中的组装电解池的结构图；其中，1-质量流量控制器；2-混合器；3-射频发生器；4-玻璃反应器；5-缓冲装置；51-机械真空泵；52-扩散油泵；53-缓冲器；6-产物收集器；
图2为本发明实施例提供的一种SF6废气的射频放电降解方法中的化学反应方程式；
图3为本发明实施例提供的一种SF6废气的射频放电降解方法的路程图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明实施例，本发明实施例的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明实施例，而非限制本发明实施例。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为根据本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明实施例所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明实施例中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路根据下：
根据本发明实施例一种典型的实施方式，提供一种SF6废气的射频放电降解方法，所述方法包括：
步骤S1、将SF6、O2和Ar三种气体以(23～27)：(48～52)：2的体积比混合，获得混合气体；
SF6、O2和Ar三种气体的体积比范围为O2/SF6比例应控制(23～27)：(48～52)大约为1：2，这样设置的原因为当氧气被引入反应器时(进料O2/SF6比例＝1：2),ηSF6比不添加氧气时高10％；若O2过少则不足以达到最大分解效率，若O2过多因为加入的氧气降低了反应器中的电子密度，反而抑制了自由基的产生，并降低了SF6的解离；
具体地，所述步骤S1中，
所述SF6、O2和Ar经过标准的质量流量控制器1的气体入口通入；所述SF6、O2和Ar在气体混合器中进行混合。
步骤S2、将所述混合气体进行射频等离子体降解反应，获得反应产物，其中，所述射频等离子体降解反应中保持在0.3～1Torr的低压。
所述保持低压的原因为所述保持低压的原因为该反应为升压反应，低压有利于增加正反应速率，有利于反应正向进行。若大于1Torr，产率会降低。
所述步骤S2，具体包括：
所述射频等离子体降解反应中，通过射频发生器的两个铜电极放电，在玻璃反应器内产生等离子体放电区，使SF6、O2和Ar的混合气体经过等离子体放电区时发生反应。
所述射频发生器的频率为13～14MHz，所述射频等离子体降解反应的时间为≥2h。优选地，所述射频发生器的频率为13.56MHz。将所述频率控制在所述范围内的原因为保证电子在向基板移动时，获得足够的能量与SF6相互作用分子，频率过小有可能造成反应不充分的不利影响，频率过大则可能使副产物占比增加；
且所述射频等离子体降解反应中，射频发生器的功率范围为30～45W，当输入功率超过45W时，系统副产物SO2的生成抑制了SO2F2的形成。
作为一种具体的实施方式，通过缓冲装置使得所述玻璃反应器内反应后的气体压强≤10-3托；其中所述缓冲装置包括依次连通的机械真空泵、扩散油泵和缓冲器，所述缓冲器的出口与所述玻璃反应器相连通。
将气体压强控制在≤10-3托的原因为：一为促进正反应进行，二为防止分解产物使气压过大，若气体压强过大有逆反应程度增强的不利影响；
步骤S3、对所述反应产物进行收集、识别和分析。
所述步骤S3，具体包括：
使用气相色谱/质谱和傅里叶变换红外光谱仪对所述反应产物进行识别。
所述分析中，使用FTIR对所述反应产物进行量化。
作为一种具体的实施方式，如图1所示，所述SF6废气的射频放电方法中所述采用的射频放电装置包括：
质量流量控制器1，用于控制气体SF6、O2和Ar的体积和流量；
混合器2，用于混合SF6、O2和Ar；
玻璃反应器4，用于使SF6、O2和Ar的混合气体发生反应；所述质量流量控制器1、所述混合器2、所述玻璃反应器4依次相连通；
射频发生器3，与所述玻璃反应器4相连通以使所述玻璃反应器4产生等离子放电区；
缓冲装置5；包括依次连通的机械真空泵51、扩散油泵52和缓冲器53，所述缓冲器53的出口与所述玻璃反应器4相连通。
产物收集器6，用于收集产物，所述产物收集器6与所述玻璃反应器4的出口相连通。
综上可知，本发明提供一种SF6废气的射频放电降解方法，步骤简单且环保，产物易于分离。
下面将结合实施例、对比实验数据对本申请的一种SF6废气的射频放电降解方法进行详细说明。
实施例1
一种通过射频等离子体降解SF6方法，主要包括以下步骤：
1)通气。将SF6、O2和Ar经过标准的质量流量控制器的气体入口通入；
2)混合气体。将SF6、O2和Ar在气体混合器中三种气体充分混合；将SF6、O2和Ar三种气体以25：50：2的体积比混合，获得混合气体；
3)射频反应。通过两射频发生器个铜电极放电，在圆柱形玻璃反应器内产生等离子体放电区，使SF6、O2和Ar的混合气体经过等离子体放电区时发生反应；所述射频等离子体降解反应中保持在0.5Torr的低压；所述射频发生器的频率为13.56MHz，射频发生器的功率范围为40W；
4)缓冲。在缓冲器、扩散油泵、机械真空泵中进行压强的缓冲作用；
5)收集产物。在产物收集器中收集最终生成的产物，便于后续的测量统计。
实施例2
一种通过射频等离子体降解SF6方法，主要包括以下步骤：
1)通气。将SF6、O2和Ar经过标准的质量流量控制器的气体入口通入；
2)混合气体。将SF6、O2和Ar在气体混合器中三种气体充分混合；将SF6、O2和Ar三种气体以23：48：2的体积比混合，获得混合气体；
3)射频反应。通过两射频发生器个铜电极放电，在圆柱形玻璃反应器内产生等离子体放电区，使SF6、O2和Ar的混合气体经过等离子体放电区时发生反应；所述射频等离子体降解反应中保持在0.3Torr的低压；所述射频发生器的频率为13MHz，射频发生器的功率范围为30W；
4)缓冲。在缓冲器、扩散油泵、机械真空泵中进行压强的缓冲作用；
5)收集产物。在产物收集器中收集最终生成的产物，便于后续的测量统计。
实施例3
一种通过射频等离子体降解SF6方法，主要包括以下步骤：
1)通气。将SF6、O2和Ar经过标准的质量流量控制器的气体入口通入；
2)混合气体。将SF6、O2和Ar在气体混合器中三种气体充分混合；将SF6、O2和Ar三种气体以27：52：2的体积比混合，获得混合气体；
3)射频反应。通过两射频发生器个铜电极放电，在圆柱形玻璃反应器内产生等离子体放电区，使SF6、O2和Ar的混合气体经过等离子体放电区时发生反应；所述射频等离子体降解反应中保持在1Torr的低压；所述射频发生器的频率为14MHz，射频发生器的功率范围为45W；
4)缓冲。在缓冲器、扩散油泵、机械真空泵中进行压强的缓冲作用；
5)收集产物。在产物收集器中收集最终生成的产物，便于后续的测量统计。
对比例1
该对比例中，将SF6/O2的体积比调整为0.25，其他条件均同实施例1，分离得到目标产物，产率变为29％。
对比例2
该对比例中，将射频功率调整为60W，其他条件均同实施例1，分离得到目标产物，产率变为37％。
对比例3
该对比例中，将压力调整为2Torr，其他条件均同实施例1，分离得到目标产物，产率变为52％。
实验例1
为方便对比，分别对各实施例和各对比例的实验参数进行统计如表1所示。
表1
组别 SF<sub>6</sub>的降解率
实施例1 92％
实施例2 88％
实施例3 90％
对比例1 29％
对比例2 37％
对比实例3 52％
由表1数据可知：
对比例1中，SF6/O2的体积比调整为0.25，不在本发明实施例的范围，产率只有29％；
对比例2中，射频功率调整为60W，大于本发明实施例30～45W的范围，产率只有37％；
对比例3中，反应容器内气压为2Torr，大于本发明实施例0.3～1Torr的范围，产率只有52％；
本发明实施例1-实施3中，SF6的降解率达到88％～92％，高于对比例1-3。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明实施例权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明实施例也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种SF6废气的射频放电降解方法，其特征在于，所述方法包括：
将SF6、O2和Ar三种气体以(23～27)：(48～52)：2的体积比混合，获得混合气体；
将所述混合气体进行射频等离子体降解反应，获得反应产物，其中，所述射频等离子体降解反应中保持在0.3～1Torr的低压。
2.根据权利要求1所述的一种SF6废气的射频放电降解方法，其特征在于，所述SF6、O2和Ar经过标准的质量流量控制器的气体入口通入；所述SF6、O2和Ar在气体混合器中进行混合。
3.根据权利要求1所述的一种SF6废气的射频放电降解方法，其特征在于，所述射频等离子体降解反应中，通过射频发生器的两个铜电极放电，在玻璃反应器内产生等离子体放电区，使SF6、O2和Ar的混合气体经过等离子体放电区时发生反应。
4.根据权利要求3所述的一种SF6废气的射频放电降解方法，其特征在于，所述射频发生器的频率为13～14MHz，所述射频等离子体降解反应的时间为≥2h。
5.根据权利要求3所述的一种SF6废气的射频放电降解方法，其特征在于，通过缓冲装置使得所述玻璃反应器内反应后的气体压强≤10-3托；其中所述缓冲装置包括依次连通的机械真空泵、扩散油泵和缓冲器，所述缓冲器的出口与所述玻璃反应器相连通。
6.根据权利要求1所述的一种SF6废气的射频放电降解方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述反应产物进行收集、识别和分析。
7.根据权利要求6所述的一种SF6废气的射频放电降解方法，其特征在于，所述识别中，使用气相色谱/质谱和傅里叶变换红外光谱仪对所述反应产物进行识别。
8.根据权利要求6所述的一种SF6废气的射频放电降解方法，其特征在于，所述分析中，使用FTIR对所述反应产物进行量化。
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