DE60015900T2 - Vorrichtung zur Gasrückgewinnung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasrückgewinnungsvorrichtung, die für eine mit einem Isoliergas gefüllte, gasisolierte Vorrichtung verwendet wird, und insbesondere eine Gasrückgewinnungsvorrichtung, die für eine gasisolierte Vorrichtung angepasst ist, die mit Gasen gefüllt ist, die im Hinblick auf die Umwelt problematisch sind, wie z.B. SF6/Stickstoff-Isoliergasgemischen. Eine solche Gasrückgewinnungsvorrichtung ist aus der EP-A-0 885 841 oder der JP-A-09285719 bekannt.
  • Im Allgemeinen weist eine Schaltstation einen Ausschalter und einen Unterbrecher auf, so dass eine Systemänderung und eine Wartungsprüfung durchgeführt werden können. Insbesondere werden von den vorstehend genannten Vorrichtungen, bei denen eine gasisolierte Vorrichtung verwendet wird, die mit SF6-Gas gefüllt ist, große Vorrichtungen verwendet.
  • Im Allgemeinen ist SF6-Gas aufgrund der Isolierleistung und Unterbrechungsleistung besonders bevorzugt. Da darüber hinaus SF6 ein chemisch stabiles und ungefährliches Gas ist, wurde es als Isoliermedium in der vorstehend genannten Vorrichtung verbreitet verwendet. Das SF6-Gas trägt jedoch zum Treibhauseffekt bei und weist eine lange Zersetzungslebensdauer auf.
  • Aufgrund von Langzeit-Umweltschutzerwägungen ist der Ausstoß von SF6-Gas beschränkt. Wenn daher eine periodische Wartung und ein periodischer Teileaustausch durchgeführt werden, sollte das SF6-Gas wiedergewonnen werden, so dass es von der gasisolierten Vorrichtung nicht nach außen austritt.
  • Wenn das SF6-Gas wiedergewonnen und gelagert wird, ist ein großer Tank zum Lagern des SF6-Gases erforderlich, da das Volumen des SF6-Gases groß wird. Es ist jedoch vorteilhaft, das Gas in einen Hochdruckzustand zu versetzen und das Volumen des SF6-Gases zu vermindern. Dies kann jedoch Sicherheitsprobleme erzeugen.
  • Demgemäß wurde vorgeschlagen, eine Gasrückgewinnungsvorrichtung zu verwenden, die das SF6-Gas durch Beaufschlagen mit Druck und Verflüssigen von SF6 in eine SF6-Flüssigkeit umwandelt. Durch die Verwendung einer solchen Vorrichtung kann der Tank zur Rückgewinnung stark verkleinert werden. Ferner kann die Sicherheit verbessert werden.
  • Die 1 zeigt eine Grundstruktur der Gasrückgewinnungsvorrichtung. Die Gasrückgewinnungsvorrichtung wird zum Rückgewinnen des Gases von einer gasisolierten Vorrichtung 1 verwendet. Die Gasrückgewinnungsvorrichtung besteht aus einem Filter 2, einer Vakuum/Kompressionspumpe 3, einem Gasverflüssigungssystem 6, einem SF6-Flüssigkeitstank 7, einer Kühlvorrichtung 11 und einem Kühlrohr 12.
  • Die gasisolierte Vorrichtung 1, der Filter 2, die Vakuum/Kompressionspumpe 3, das Gasverflüssigungssystem 6 und der SF6-Flüssigkeitstank 7 sind über ein Rohr 13 miteinander verbunden. Ein Ventil 14 zum Steuern der Strömungsgeschwindigkeit von dem Gasverflüssigungssystem 6 oder dem SF6-Flüssigkeitstank 7 ist bereitgestellt. Darüber hinaus adsorbiert der Filter 2 das zersetzte SF6-Gas, das sich aufgrund eines Lichtbogens bildet. Der Filter adsorbiert auch teilchenförmige Fremdsubstanzen.
  • Für die gasisolierte Vorrichtung 1 ist sehr trockenes SF6-Gas mit einer hohen Reinheit erforderlich. Daher wird zum Entfernen von Feuchtigkeit oder von zersetztem Gas ein Adsorptionsmittel verwendet. Als Adsorptionsmittel werden üblicherweise Zeolithe mit einer Porengröße von etwa 5 Å oder 10 Å (5 · 10–10 m oder 10 · 10–10 m) verwendet, da die zersetzten Gasmoleküle größer sind als ein H2O-Molekül. Es können auch Zeolithe mit einer Porengröße von 9 Å (9 · 10–10 m) verwendet werden. D.h., die Größe hängt von der Art des wiedergewonnenen Gases ab.
  • In einer herkömmlichen Gasrückgewinnungsvorrichtung wird das SF6-Gas von der gasisolierten Vorrichtung 1 durch die Vakuum/Kompressionspumpe 3 in das Gasverflüssigungssystem 6 geleitet. Zusätzlich wird ein Kältemittel, wie z.B. ein Chlorfluorkohlenstoff, von der Kühlvorrichtung 11 durch das Kühlrohr 12 geleitet. Das SF6-Gas wird in dem Gasverflüssigungssystem 6 verflüssigt und dann wird die rückgewonnene SF6-Flüssigkeit in dem Lagertank 7 gelagert.
  • Wenn Feuchtigkeit und verschiedene Zersetzungsgase (HF, H2O, SO2 und SOF2, SO2F2) und verwandte Gasmoleküle (CF4) in eine Reihenfolge von dem größten zum kleinsten Adsorptionsvermögen gebracht werden, ist die Reihenfolge folgendermaßen:
    HF, H2O, SO2 und SOF2, SO2F2, CO2, SF6, CF4, N2, O2
  • In der vorstehend genannten Liste ist die Reaktivität von HF am größten und das HF wird chemisorbiert. Dessen Adsorptionsenergie beträgt etwa 100 kcal/mol (419 kJ/mol). Es wird angenommen, dass der Rest der Gase durch Physisorption adsorbiert wird. Die Adsorptionsenergie bei der Physisorption beträgt etwa 1 bis 4 kcal/mol (4,19 bis 16,75 kJ/mol).
  • Verglichen mit der Chemisorption ist die Physisorption bezüglich der Adsorption schwächer. Deshalb wird angenommen, dass die Gasmoleküle von dem Adsorptionsmittel in einem Zustand mit vermindertem Druck unter dem Einfluss der Molekularbewegung desorbieren. Selbst wenn das Molekül mit einer schwachen Adsorption durch Physisorption adsorbiert wird, wird darüber hinaus dann, wenn ein Molekül mit einer starken Adsorption ankommt, das Molekül mit der starken Adsorption adsorbiert, so dass das Molekül mit der starken Adsorption das Molekül mit der schwachen Adsorption ersetzt.
  • Es ist schwierig, von diesen Gasen unter vermindertem Druck Feuchtigkeit zu desorbieren. In einem Zustand unter vermindertem Druck zur Rückgewinnung von SF6-Gas desorbieren jedoch Gase wie z.B. SOF2, SO2F2, CO2, SF6, CF4, N2 und O2 von dem Adsorptionsmittel. Daher können Gase wie SOF2, SO2F2, CO2, SF6, CF4, N2 und O2 aus der gasisolierten Vorrichtung 1 austreten und in die Rückgewinnungsvorrichtung eintreten. Wenn dies der Fall ist, fängt der Filter 2 das zersetzte Gas und jegliche Fremdsubstanzen ein und verhindert ein Eindringen des zersetzten Gases und der Fremdsubstanzen in das Gasverflüssigungssystem 6.
  • Aus Umweltschutzgründen muss die Menge des austretenden SF6-Gases weiter vermindert werden. Zu diesem Zweck ist es erwünscht, die Menge des verwendeten SF6-Gases zu vermindern.
  • Die Verwendung eines Mischgases, das Stickstoffgas als Hauptkomponente und eine geringe Menge SF6-Gas aufweist, wird bei der Verminderung des SF6-Gases als effektiv erachtet. Die Eigenschaften des SF6-Gases und des Stickstoffgases unterscheiden sich jedoch beträchtlich. D.h., unter den Bedingungen, bei denen sich das SF6-Gas verflüssigt, verflüssigt sich nicht gleichzeitig das Stickstoffgas. Stickstoff liegt nach wie vor als Gas vor. Daher ist es möglich, in einem Mischgas nur das SF6-Gas zu verflüssigen und das SF6-Gas von dem Stickstoffgas abzutrennen.
  • Die charakteristischen Werte des Mischungsverhältnisses und des Verflüssigungsdrucks sind in der Tabelle 1 gezeigt.
  • Tabelle 1
    Figure 00040001
  • Wenn die Reinheit des SF6-Gases hoch ist, ist die Druckverflüssigung des SF6-Gases bei Raumtemperatur, wie z.B. 20°C, einfach.
  • Um das SF6-Gas in einem Mischgas zu verflüssigen, ist jedoch ein hoher Druck erforderlich.
  • Gemäß der Tabelle 1 ist die Verflüssigung von SF6 sehr schwierig, da im Fall von 10 Vol.-% SF6-Gas ein Druck von 20 MPa oder mehr bei Raumtemperatur erforderlich ist. Darüber hinaus muss eine große Kühlvorrichtung verwendet werden und der Verflüssigungsdruck muss gesenkt werden. Folglich ist die Vergrößerung der Vorrichtung bei der Rückgewinnung und beim Recycling eines Mischgases zu einem Problem geworden.
  • Eine Gasrückgewinnungsvorrichtung ist in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2000-135412 beschrieben. Bei der herkömmlichen Technologie, bei der Mischgase rückgewonnen werden, die SF6-Gas enthalten, gibt es jedoch die folgenden Probleme. Wenn ein Mischgas in das Gasverflüssigungssystem 6 eingebracht wird und das Gasverflüssigungssystem 6 das SF6-Gas kontinuierlich verflüssigt, treten die folgenden Probleme auf.
  • Das konzentrierte SF6-Gas wird in dem Gasverflüssigungssystem 6 verflüssigt, jedoch sammelt sich das Hauptzusammensetzungsgas des Mischgases, wie z.B. Stickstoffgas, nach und nach in dem Gasverflüssigungssystem 6 an. Daher muss dieses Hauptzusammensetzungsgas aus dem Gasverflüssigungssystem 6 entfernt werden, bevor der zulässige Druck des Gasverflüssigungssystems 6 überschritten wird.
  • Das Hauptzusammensetzungsgas kann jedoch eine gewisse Menge an SF6-Gas enthalten, und deshalb kann das Hauptzusammensetzungsgas nicht in die Atmosphäre abgegeben werden. Um zu verhindern, dass das SF6-Gas in dem Hauptzusammensetzungsgas verbleibt, wird daher vorzugsweise das Rückgewinnungsverhältnis des SF6-Gases verbessert. Darüber hinaus ist unter Berücksichtigung der Rückgewinnung des Mischgases der Gasdruck in der gasisolierten Vorrichtung im frühen Stadium der Rückgewinnungsstufe hoch. Daher strömt das Gas lediglich durch Öffnen eines Ventils automatisch auf die Seite der Rückgewinnungsvorrichtung. Als Folge davon ist die Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit einfacher.
  • Wenn dieser Rückgewinnungsvorgang durchgeführt worden ist, wird jedoch ein Rückgewinnungsvorgang unter vermindertem Druck erforderlich. Der Rückgewinnungsvorgang hängt von der Leistung der Vakuum/Kompressionspumpe ab. Die Verarbeitungsmenge pro Zeitenheit wird unter vermindertem Druck reduziert. Daher wird es schwierig, eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit sicherzustellen und die Rückgewinnungseffizienz wird vermindert.
  • Wenn ferner das Gas unter Krafteinwirkung mit der Vakuum/Kompressionspumpe herausgezogen wird, desorbiert zersetztes Gas frühzeitig von dem Adsorptionsmittel in der gasisolierten Vorrichtung. Daher wird das zersetzte Gas auf die Seite der Rückgewinnungsvorrichtung abgegeben.
  • Wenn das zersetzte Gas in die Rückgewinnungsvorrichtung eintritt, wird die Lebensdauer der Rückgewinnungsvorrichtung nachteilig beeinflusst. Das zersetzte Gas verursacht z.B. eine chemische Zersetzung der Rohre in der Rückgewinnungsvorrichtung und eine Zersetzung des Adsorptionsmittelmaterials.
  • Daher ist es bevorzugt, dass das zersetzte Gas, das von der gasisolierten Vorrichtung abgegeben wird, sicher eingefangen wird. Darüber hinaus ist in der gasisolierten Vorrichtung üblicherweise ein Adsorptionsmittel mit verschiedenen Zeolithen, wie z.B. Zeolithen mit Poren mit 5 Å oder 10 Å (5 · 10–10 m oder 10 · 10–10 m) enthalten.
  • Dabei umfasst das Adsorptionsmittel Zeolithe mit Poren von etwa 10 Å (10 · 10–10 m), die SF6-Gas zur Rückgewinnung adsorbieren. Wenn daher bei der Rückgewinnung in einem Zustand eines verminderten Drucks eine große Menge des Adsorptionsmittels vorliegt, wird das SF6-Gas nach und nach über einen langen Zeitraum von der Seite der gasisolierten Vorrichtung desorbieren. Daher besteht ein Problem dahingehend, dass die Rückgewinnung von SF6-Gas eine lange Zeit erfordert. Wenn das Adsorptionsmaterial andererseits Zeolithe mit einer Größe von 5 Å (5 · 10–10 m) aufweist, ist es schwierig, ein zersetztes Gas mit einer Größe von mehr als 5 Å (5 · 10–10 m) zu adsorbieren und die Adsorptionsrate kann abnehmen.
  • Daher ist eine Optimierung der Kombination von Zeolithen in dem Adsorptionsmittel in der gasisolierten Vorrichtung bevorzugt.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend genannten Umstände gemacht und soll die vorstehend genannten Probleme lösen. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasrückgewinnungsvorrichtung bereitzustellen, die eine einfache und kostengünstige Struktur aufweist und SF6-Gas mit hoher Effizienz rückgewinnen kann.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Gasrückgewinnungsvorrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 10 bereit. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Beschreibung einbezogen sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden, veranschaulichen mehrere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
  • 1 ist ein Diagramm, das eine Grundstruktur einer herkömmlichen Rückgewinnungsvorrichtung für reines SF6-Gas zeigt.
  • 2 ist ein Diagramm, das eine Gasrückgewinnungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 ist ein Diagramm, welches das Gastrennprinzip gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Adsorptionsmenge von Zeolithen und dem Druck zeigt.
  • 5 ist ein detailliertes Diagramm, das die Gasrückgewinnungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6 ist ein Graph, der die Adsorptionseigenschaften eines Zeoliths zeigt.
  • 7 ist ein Diagramm, das die Gasrückgewinnungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 8 ist ein Diagramm, das die Gasrückgewinnungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 9 ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform der Erfindung mit einer Mehrzahl von Gastrenneinheiten zeigt.
  • 10 ist ein Diagramm, welches das Gastrennprinzip weiter erläutert.
  • Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gasrückgewinnungsvorrichtung detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen spezifisch beschrieben. Wenn dies möglich ist, werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen verwendet, um gleiche oder ähnliche Teile zu bezeichnen.
  • Die 2 ist ein Diagramm, das eine Gasrückgewinnungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Zwischen einer gasisolierten Vorrichtung 1 und einem Gasverflüssigungssystem 6 ist eine Gasabtrennvorrichtung 5 bereitgestellt. Die Gasabtrennvorrichtung 5 trennt Stickstoffgas von dem Mischgas und konzentriert das SF6-Gas. Danach wird das konzentrierte SF6-Gas, das geringe Mengen an Stickstoffgas enthält, in das Gasverflüssigungssystem 6 geleitet.
  • Die Gasabtrennvorrichtung 5 umfasst eine Druckänderungsadsorption unter Verwendung eines Adsorptionsmittels mit einer. selektiven Adsorption. Darüber hinaus ist zwischen der Gasabtrennvorrichtung 5 und der gasisolierten Vorrichtung 1 ein Puffertank 4 bereitgestellt, der das Mischgas vorübergehend lagert. Der Puffertank 4 wird unter der Bedingung betrieben, dass das Innere des Puffertanks immer mit Druck beaufschlagt ist.
  • Der Puffertank 4 und das Gasverflüssigungssystem 6 sind mit einer Rückführungsleitung 19 verbunden. Die Rückführungsleitung 19 führt das Gas in der Gasphase von dem Gasverflüssigungssystem 6 zu dem Puffertank 4 zurück. Die Gasphase enthält eine geringe Menge SF6-Gas, die dem Dampfdruck von SF6 entspricht. Ferner ist die Gasabtrennvorrichtung 5 mit einem Lagertank 8 für Abgas verbunden. Der Lagertank 8 sammelt das Stickstoffgas, das von der Gasabtrennvorrichtung 5 abgetrennt worden ist.
  • Das Adsorptionsmittel 18, das Zeolithe mit etwa 10 Å (10 · 10–10 m) zum Adsorbieren von SF6-Gas aufweist, ist in dem Lagertank 8 für das Abgas enthalten. Ein Filter 2 mit einem Adsorptionsmittel 2a des Chemisorptionstyps zum Absorbieren von zersetztem Gas ist zwischen der gasisolierten Vorrichtung und einer Pumpe 3 angeordnet. Das Adsorptionsmittel 2a weist ein Metallhydrat wie z.B. Ca(OH)2 auf.
  • Die vorstehend genannten Komponenten sind mit dem Rohr 13 verbunden. Ein Ventil 14 steuert den Fluss. Eine Steuereinheit 9 steuert die gesamte Gasrückgewinnungsvorrichtung.
  • Nachstehend wird der Betrieb der ersten Ausführungsform beschrieben. Als erstes wird das Gas-Trennprinzip in der Gasabtrennvorrichtung 5 unter Bezugnahme auf die 2, die 3, die 4 und die 10 beschrieben.
  • Die in der 3 gezeigten Zeolithe, die als Adsorptionsmittel verwendet werden, sind in der Gasabtrennvorrichtung 5 enthalten. Zeolithe sind eine generische Bezeichnung für kristalline Alkali-Alumosilikate. Zeolithe haben die allgemeine Formel MeO · Al2O3 · mSiO2 · nH2O. Darüber hinaus weisen Zeolithe auf ihrer Oberfläche einheitliche Poren auf.
  • Da nur ein Molekül, das kleiner ist als die Pore, entlang eines engen Kanals der Zeolithe hindurchtreten kann, können die Moleküle im Inneren adsorbiert werden, wie es in der 10 veranschaulicht ist. Die Poren in dem Zeolith verhalten sich wie kleine Löcher, während sich die Moleküle von SF6 und Stickstoffgas wie kleine Bälle verhalten. Die „Bälle" mit der gleichen Größe wie die Poren bleiben in den Poren stecken. Dies veranschaulicht die außergewöhnlich selektive Adsorption oder den Molekularsieb-Effekt.
  • Andererseits unterscheiden sich das SF6-Gas und das Stickstoffgas bezüglich der Molekülgröße voneinander. Die Größe der SF6-Moleküle variiert von DS5,49 bis DL6,06 und die Größe der Stickstoffmoleküle beträgt DS3,1 bis DL4,2. Die Einheit der Größe ist A oder 10–10 m. DS zeigt den kürzeren Parameter des Moleküls. DL zeigt den längeren Parameter des Moleküls. Die Molekülgröße wird aufgrund der nicht-kugelförmigen Form des Moleküls mit DS und DL beschrieben.
  • Wenn ein Zeolith mit einem Porendurchmesser von 5 Å (5 · 10–10 m) verwendet wird, wird SF6-Gas nicht adsorbiert. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das SF6-Gas größer ist als die Poren in der Zeolithoberfläche. Im Gegensatz dazu wird Stickstoffgas adsorbiert und die Abtrennung von SF6-Gas wird erreicht.
  • Zeolithe weisen in der Kristallstruktur ein Metallkation auf. Das Metallkation zieht eine polare Gruppe durch statische Elektrizität oder ein neutrales Molekül elektrisch durch Polarisation an. Folglich wird angenommen, dass das Metallkation auf der Basis des vorstehend genannten Grunds breit anwendbar ist.
  • Die Gasabtrennvorrichtung 5 trennt das Mischgas mit den Zeolithen durch die vorstehend genannte selektive Adsorption unter Verwendung des Druckänderungsverfahrens. Das Grundprinzip des Druckänderungsverfahrens besteht darin, dass die Adsorptionsmenge des Adsorptionsmittels proportional zum Gasdruck ist. Die 4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Adsorptionsmenge und dem Druck zeigt.
  • Die 5 ist ein detailliertes Diagramm, das einen Hauptteil der Gasabtrennvorrichtung 5 zeigt. Die Gasabtrennvorrichtung 5 weist zwei Adsorptionsmittelbehälter 15a und 15b auf. Ein Adsorptionsmittel 16 mit 5 Å-Zeolithen ist in den zwei Adsorptionsmittelbehältern 15a und 15b enthalten.
  • Nachstehend wird das grundlegende Ablaufmuster der Ventile B1, B2, B3, B4, B5, B6 und B7 erläutert. Die Ventile B1 und B4 sind offen und die anderen Ventile sind geschlossen. Darüber hinaus ist das Ventil B4 mit der Vakuum/Kompressionspumpe 3 in dem Zustand kombiniert, bei dem das Ventil B4 offen ist, und ein Prozess bei vermindertem Druck wird durchgeführt.
  • Als erstes wird die Abtrennung des SF6-Gases erläutert. Das Mischgas in der gasisolierten Vorrichtung strömt mit Hilfe der Vakuum/Kompressionspumpe 3 durch den Puffertank 4 zu einer stromabwärts liegenden Seite. Das Mischgas strömt in den Adsorptionsmittelbehälter 15a in der Gasabtrennvorrichtung 5.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird der Adsorptionsmittelbehälter 15b durch die Vakuum/Kompressionspumpe 3 unter verminderten Druck gehalten. Der Adsorptionsmittelbehälter 15b befindet sich im frühen Regenerierungszustand und gibt das adsorbierte Stickstoffgas ab. In dem Adsorptionsmittelbehälter 15a adsorbiert das Adsorptionsmittel durch den Molekularsiebeffekt nur Stickstoffgas. Andererseits strömt SF6-Gas entlang des oberen Teils entlang des Strömungswegs und dessen Konzentration erhöht sich. Schließlich sammelt sich ein Gas mit einer hohen SF6-Gaskonzentration im oberen Teil des Adsorptionsmittelbehälters 15a.
  • Wenn der Druck in dem Adsorptionsmittelbehälter 15a einen vorgegebenen Druck erreicht, wird das Einströmen von Mischgas durch das Schließen des Ventils B1 gestoppt und konzentriertes SF6-Gas wird durch Öffnen des Ventils B6 wiedergewonnen. Darüber hinaus werden für eine bessere Effizienz und Stabilität gewöhnlich Werte innerhalb der Grenzen von 0,2 bis 0,5 MPa verwendet.
  • Anschließend wird, während das Ventil B6 geschlossen ist, der Strömungsweg des Mischgases durch Öffnen des Ventils B3 in den Adsorptionsmittelbehälter 15b geändert. Folglich wird SF6-Gas in dem Adsorptionsmittelbehälter 15b abgetrennt und konzentriert. Als erstes wird auf der Seite des Adsorptionsmittelbehälters 15a ein Prozess bei vermindertem Druck durchgeführt und das Stickstoffgas wird desorbiert. Während das Stickstoffgas durch Öffnen des Ventils B2 abgegeben wird, wird sich das Adsorptionsmittel 16 in dem ursprünglichen Zustand vor dem Beginn der Adsorption durch das Adsorptionsmittel befinden.
  • Durch Wiederholen des vorstehend genannten Vorgangs wird das Mischgas in SF6-Gas und Stickstoffgas getrennt. Das konzentrierte SF6-Gas wird dann in das Gasverflüssigungssystem 6 geleitet.
  • Wie es vorstehend erwähnt worden ist, kann während des Adsorptionsvorgangs unter Verwendung eines hohen Drucks nur Stickstoffgas adsorbiert werden, das kleiner ist als der Porendurchmesser des Adsorptionsmittels 16. Wenn der Druck in dem Adsorptionsprozess vermindert wird, wird das Stickstoffgas, das gegenwärtig an dem Adsorptionsmittel 16 adsorbiert ist, desorbiert, und schließlich wird Stickstoffgas abgegeben. Ferner wird das Adsorptionsmittel durch diesen Vorgang gleichzeitig wieder im ursprünglichen Zustand vorliegen. Dann wird erneut, wenn der Gasdruck zunimmt, die gleiche Menge wie das abgegebene Stickstoffgas absorbiert werden. Folglich ermöglicht der wiederholte Vorgang der Absorption und Regenerierung eine halbpermanente Trennung des Mischgases.
  • Wie es vorstehend erwähnt worden ist, nimmt die anfängliche Leistung aufgrund der starken Bindung von Feuchtigkeit und von zersetztem Gas an dem Adsorptionsmittel 16 nach und nach ab. Um in dieser Situation ein Mischen des zersetzten Gases zu verhindern, muss eine Reinheitskontrolle durchgeführt werden. Das in die Rückgewinnungsvorrichtung geströmte Gas sollte kontrolliert werden.
  • Wie es vorstehend erwähnt worden ist, wird dann, wenn die anfänglichen 10 Vol.-% SF6-Gas bis zu 50 Vol.-% des Mischgases kondensiert sind, der Verflüssigungsdruck auf etwa 4 MPa bei Raumtemperatur eingestellt. Daher kann die bestehende Verflüssigungsvorrichtung verwendet werden und das Risiko einer Verflüssigung unter Hochdruck wird ebenfalls beträchtlich vermindert. Obwohl die Verflüssigung durch Kühlen durchgeführt werden kann, ist darüber hinaus eine Vergrößerung der Vorrichtung vermeidbar.
  • Beispielsweise kann der Verflüssigungsdruck bei 20°C auf etwa 1,3 MPa vermindert werden. Darüber hinaus kann selbst dann, wenn der Druck der gasisolierten Vorrichtung 1 in dem Rückgewinnungsverfahren vermindert wird und die Strömungsgeschwindigkeit des Mischgases abnimmt, das Mischgas vorübergehend in dem Puffertank 4 gesammelt werden. Daher kann der Betrieb nach der Gasabtrennvorrichtung 5 gestoppt werden und eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit und Menge des Mischgases, das in die Gasabtrennvorrichtung 5 eingeführt wird, kann durch eine Gasansammlung in dem Puffertank 4 sichergestellt werden. D.h., eine geeignete Gasströmungsgeschwindigkeit unter der Bedingung eines verminderten Drucks kann realisiert werden und eine hohe Rückgewinnungseffizienz kann aufrechterhalten werden.
  • Darüber hinaus wird dann, wenn die Gasmenge in dem Puffertank 4 fast verbraucht ist, der Rückgewinnungsvorgang gestoppt und die Ventile werden geschlossen, und der restliche Rückgewinnungsprozess kann bei dem nachfolgenden Gasrückgewinnungsvorgang für eine andere gasisolierte Vorrichtung durchgeführt werden. Aus den vorstehend genannten Gründen ist ein Prozess bei vermindertem Druck in dem Puffertank 4 nicht erforderlich.
  • Andererseits desorbiert das zersetzte Gas, das in dem Mischgas enthalten ist, nicht. Ferner fängt in der ersten Ausführungsform das Adsorptionsmittel 2a des Chemisorptionstyps in dem Filter 2 das zersetzte Gas sicher ein. Daher wird das zersetzte Gas weder in die Gasabtrennvorrichtung 5 noch in das Gasverflüssigungssystem 6 eingetragen.
  • Daher findet eine Leistungsverschlechterung, die mit chemischen Faktoren und physikalischen Faktoren zusammenhängt, nicht statt. Folglich kann die Gebrauchsdauer der Vorrichtung verlängert werden. Darüber hinaus adsorbiert das Adsorptionsmittel 18 in dem Lagertank 8 für das Abgas nur SF6-Gas, obwohl eine sehr kleine Menge an SF6-Gas in dem mit der Gasabtrennvorrichtung 5 abgetrennten Stickstoffgas verbleibt. Die gleichen Effekte können unter Verwendung einer Kolonne, die das Adsorptionsmittel 18 enthält, anstelle des Lagertanks 8 erhalten werden.
  • Die 6 zeigt die Änderung der SF6-Gaskonzentration eines Mischgases mit 5 % SF6-Gas bei einem Druck von 0,2 MPa, wenn ein Adsorptionsmittel verwendet wird, das 10 Å (10 · 10–10 m)-Zeolithe enthält. Die 6 zeigt, dass das Adsorptionsmittel sicher auch eine sehr geringe Menge an SF6-Gas adsorbiert. Darüber hinaus wird die SF6-Gasadsorption mit einem Adsorptionsmittel 18 mit den 10 Å (10 · 10–10 m)-Zeolithen gesättigt. Daher muss, nachdem eine vorgegebene Menge an SF6-Gas verarbeitet worden ist, während das SF6-Gas unter dem vermindertem Druck rückgewonnen wird, das Adsorptionsmittel 18 in den ursprünglichen Zustand zurückgebracht werden.
  • In diesem Fall leitet die Vakuum/Kompressionspumpe 3 das Mischgas, welches das Stickstoffgas als Hauptkomponente aufweist, und SF6-Gas durch das Rohr 13 in den Puffertank 4. Darüber hinaus zeigen Experimente, dass das Adsorptionsvermögen des Adsorptionsmittels umgekehrt proportional zur Temperatur ist. D.h., wenn die Temperatur gesenkt wird, nimmt die Menge des an den Zeolithen adsorbierten SF6-Gases zu. Andererseits nimmt die Menge des SF6-Gases, das in der Gasphase verbleibt, ab.
  • Mit anderen Worten: Wenn die Temperatur erhöht wird, nimmt das Adsorptionsvermögen ab, und wenn die Temperatur vermindert wird, nimmt das Adsorptionsvermögen zu. D.h., wenn der Adsorptionsvorgang in einer kurzen Zeit stattfinden soll, sollte die Temperatur besser 80 bis 100°C betragen.
  • Da die Abtrennungsrückgewinnung durchgeführt wird, wird nahezu das gesamte an die Atmosphäre abgegebene SF6-Gas auf ein angemessenes Abgabeniveau vermindert werden. Folglich steht das Abgabeniveau im Einklang mit der Umwelt.
  • Darüber hinaus wird, wie es in der 6 gezeigt ist, gemäß dem Experiment sichergestellt, dass das SF6-Gas durch Zuführen des Abgases in einen Adsorptionsmittelbehälter, der mit einem Adsorptionsmittel 18 aus 10 Å (10 · 10–10 m)-Zeolithen gefüllt ist, adsorbiert werden kann. In diesem Fall wird sich dann, wenn der Prozess bei vermindertem Druck an einer Gasaustrittsseite durchgeführt wird, das SF6-Gas in einem nicht-adsorbierten Abschnitt an dem Adsorptionsmittel verteilen. Daher ist es besser, den Prozess bei vermindertem Druck durchzuführen und das Adsorptionsmittel von der Seite des Gaseintritts der Kolonne (nicht gezeigt) her, die in dem Lagertank 8 für das Abgas bereitgestellt ist, wiederherzustellen. Daher ist es nicht erforderlich, für den Lagertank 8 eine Falle bereitzustellen. D.h., der gleiche Effekt, wie er vorstehend erwähnt worden ist, kann durch Strömenlassen des Abgases zu dem Adsorptionsmittelbehälter erreicht werden, der mit dem Adsorptionsmittel 18 gefüllt ist, das 10 Å (10 · 10–10 m)-Zeolithe aufweist.
  • Wie es vorstehend erwähnt worden ist, trennt in der ersten Ausführungsform die Gasabtrennvorrichtung 5 das Mischgas in SF6-Gas und Stickstoffgas. Bei diesem Trennvorgang ist es bevorzugt, dass ein Mischen von SF6-Gas mit Stickstoffgas so weit wie möglich verhindert wird. Aus diesem Grund wird dann, wenn das rückgewonnene SF6-Gas in der Gasabtrennvorrichtung 5 zu der Pumpe 3 geleitet wird, auch das SF6-Gas durch gleichzeitiges Zuführen des Stickstoffgases rückgewonnen.
  • In diesem Fall sammeln sich dann, wenn der Rückgewinnungsvorgang fortgesetzt wird, SF6-Gas und Stickstoffgas weiter in dem Gasverflüssigungssystem 6 an. Mit anderen Worten: Obwohl SF6-Gas durch das Gasverflüssigungssystem 6 verflüssigt wird, sammelt sich das Stickstoffgas weiter nach und nach im Gaszustand an. Daher kann der Druck in dem Gasverflüssigungssystem 6 den zulässigen Druck überschreiten.
  • Um dieses Problem zu verhindern, kann das Stickstoffgas in der ersten Ausführungsform von dem Gasverflüssigungssystem 6 durch die Rückführungsleitung 19 in den Puffertank 4 zurückgeführt werden. Dadurch wird eine Verbesserung bei der Sicherheit erhalten. Ferner verbessert sich die Rückgewinnungseffizienz des SF6-Gases dadurch stark, dass dieses Gas erneut durch die Gasabtrennvorrichtung 5 und das Gasverflüssigungssystem 6 geleitet wird, obwohl SF6-Gas mit dem Stickstoffgas gemischt bleibt. Daher kann bei der Rückgewinnung des SF6-Gases die Menge des SF6-Abgases, das an die Atmosphäre abgegeben wird, vernachlässigt werden.
  • Darüber hinaus kann der gleiche Effekt, wie er vorstehend erwähnt worden ist, dadurch erhalten werden, dass das Stickstoffgas vorübergehend in einem anderen Behälter gehalten und in die Gasabtrennvorrichtung 5 zurückgeführt wird, statt das Stickstoffgas automatisch durch die Rückführungsleitung 19 zurückzuführen.
  • Eine zweite Ausführungsform ist in der 7 und der 8 gezeigt. Die zweite Ausführungsform umfasst ein Adsorptionsmittel 16 mit 5 Å und 10 Å (5 · 10–10 m oder 10 · 10–10 m)-Zeolithen in dem Puffertank 4.
  • Gemäß der 7 sind zwei Puffertanks 4a und 4b bereitgestellt. Ferner ist das Adsorptionsmittel 16 nur innerhalb des Puffertanks 4b enthalten. In dieser Ausführungsform wird der Druck des Mischgases durch Steuern des Ventils 14 vermindert und das Mischgas wird rückgewonnen. Die Puffertanks 4a und 4b, wobei 4b das Adsorptionsmittel 16 aufweist, dienen zur Speicherung des Mischgases.
  • Gemäß dieser Ausführungsform kann das in dem Puffertank 4b enthaltene Adsorptionsmittel 16 das zersetzte Gas, das durch den Filter 2 hindurchtritt, zuverlässig einfangen.
  • Ferner wird das zersetzte Gas nicht in die Gasabtrennvorrichtung 5 oder in das Gasverflüssigungssystem 6 eingetragen. Daher ist es möglich, die chemische Zersetzung und die physikalische Zersetzung zu verhindern und die Gebrauchsdauer der Vorrichtung zu verlängern.
  • Nur wenn das Mischgas unter dem verminderten Druck rückgewonnen wird, kann das Mischgas in den Puffertanks 4a und 4b gelagert werden. Ferner kann das Mischgas nur in einem bestimmten, mit Druck beaufschlagten Zustand durch die Puffertanks 4a und 4b zu einem Atmosphärendruck geleitet werden.
  • Daher kann das Mischgas zu Beginn des Rückgewinnungsvorgangs bei dem hohen Gasdruck der gasisolierten Vorrichtung 1 schnell rückgewonnen werden und es kann eine Verkürzung der Rückgewinnungszeit erreicht werden. Da darüber hinaus ein Adsorptionsmittel 16 mit 5 Å und 10 Å (5 · 10–10 m oder 10 · 10–10 m)-Zeolithen verwendet wird, kann das Ausmaß der Adsorption des SF6-Gases vermindert werden. Ferner ist es möglich, ein Molekül, das größer als 5 Å (5 · 10–10 m) ist, schnell aus dem zersetzten Gas zu entfernen.
  • Darüber hinaus ist es vorteilhaft, den Prozess unter vermindertem Druck nicht in den Puffertanks 4a und 4b durchzuführen, sondern einen Betriebsstop in dem Zustand durchzuführen, bei dem ein geringfügiger Druck angelegt worden ist. D.h., dadurch kann durch Anlegen eines Drucks von etwa 0,1 bis 0,2 MPa für eine gewisse Zeit verhindert werden, dass das zersetzte Gas von dem Adsorptionsmittel desorbiert wird. Ferner kann für die Gasabtrennvorrichtung in einer anderen Ausführungsform ein Film verwendet werden. D.h., als Gegenstand zum Anpassen der Auflösung an eine molekulare Größe kann z.B. ein Filmmaterial in Betracht gezogen werden. Beispielsweise kann ein aus einem Makromolekül hergestelltes Filmmaterial verwendet werden.
  • Als weitere Ausführungsform kann die Gasrückgewinnungsvorrichtung mehrere Gasrückgewinnungseinheiten aufweisen. Diese Ausführungsform ist in der 9 veranschaulicht. Beispielsweise wird das Mischgas zunächst zu einer ersten Gasabtrenneinheit 21 geleitet und die erste Gasabtrenneinheit 21 gewinnt konzentriertes SF6-Gas zurück. Dann wird das von der Gasrückgewinnungsvorrichtung abgegebene Gas zu einer zweiten Gasabtrenneinheit 23 geleitet. Die zweite Stufe der Gasabtrenneinheit 23 konzentriert das SF6-Gas, das in einer sehr geringen Menge enthalten ist.
  • Gemäß dieser Ausführungsform können ein SF6-Gas mit hoher Reinheit und die Verminderung des Verflüssigungsdrucks des SF6-Gases durch die Durchführung einer Mehrzahl von Gasabtrennvorgängen erhalten werden.
  • Darüber hinaus betrifft eine weitere Ausführungsform die Seite der gasisolierten Vorrichtung, um die Gasrückgewinnung einfach zu machen. In dieser Ausführungsform ist ein Adsorptionsmittel mit 5 Å und 10 Å (5 · 10–10 m oder 10 · 10–10 m)-Zeolithen als Material zur Entfer nung von zersetztem Gas und als Trocknungsmittel in der gasisolierten Vorrichtung 1 enthalten. Um einen trockenen Zustand in der gasisolierten Vorrichtung zu erhalten und als Adsorptionsmittel für die Entfernung des zersetzten Gases ist die Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass es ein Adsorptionsgemisch mit 5 Å und 10 Å (5 · 10–10 m oder 10 · 10–10 m)-Zeolithen umfasst.
  • Bezüglich des Verhältnisses des Adsorptionsmittels mit 5 Å und 10 Å (5 · 10–10 m oder 10 · 10–10 m)-Zeolithen ist es bevorzugt, dass die erstgenannten Zeolithe in einer Menge von mehr als 80 Gew.-% und die letztgenannte Zeolithe in einer Menge von weniger als 20 Gew.-% vorliegen.
  • Die Menge des erzeugten SO2F2 ist verglichen mit dem erzeugten SOF2 gering und es ist bekannt, dass sie gewöhnlich 1/10 oder weniger beträgt. In dieser Ausführungsform weist das Adsorptionsmittel in der gasisolierten Vorrichtung 1 zwei Arten der Porengröße auf, nämlich Poren mit einer Größe von etwa 5 Å (5 · 10–10 m) und 10 Å (10 · 10–10 m) in dem vorstehend angegebenen Verhältnis.
  • Das Ausmaß der SF6-Gasabsorption in der gasisolierten Vorrichtung 1 kann minimiert werden, während die Adsorptionsleistung bezüglich des zersetzten Gases aufrechterhalten wird. D.h., das SF6-Gas tritt für einen langen Zeitraum nicht aus der gasisolierten Vorrichtung 1 aus, wenn eine Rückgewinnung bei vermindertem Druck durchgeführt wird. Folglich kann der Zeitraum, der für die Rückgewinnung erforderlich ist, verkürzt werden, und die Rückgewinnungseffizienz wird verbessert.
  • Erfindungsgemäß kann die SF6-Gas-Rückgewinnungsleistung dadurch verbessert werden, dass die Rückführungsleitung bereitgestellt und das Gas in der Gasphase in dem Gasverflüssigungssystem zu dem Mischgaseinführungsabschnitt zurückgeführt wird. Darüber hinaus werden erfindungsgemäß SF6-Gas und andere Isoliergase mit einer speziellen Adsorptionswirkung des Adsorptionsmittels effizient abgetrennt werden.
  • Durch diese Abtrennung kann eine Verkürzung der Rückgewinnungszeit erreicht werden und die SF6-Gaskonzentration und die Rückgewinnungseffizienz unter vermindertem Druck werden erhöht. Ferner wird erfindungsgemäß eine lange Gebrauchsdauer der Vorrichtung dadurch ermöglicht, dass das zersetzte Gas, das von der gasisolierten Vorrichtung abgegeben wird, entfernt wird. Ferner kann eine Optimierung der Kombination und des Verhältnisses des Adsorptionsmittels in der gasisolierten Vorrichtung erreicht werden und es kann eine hervorragende Rückgewinnungseffizienz erreicht werden.
  • Die japanische Prioritätsanmeldung Nr. PH 11-282045, die am 1. Oktober 1999 angemeldet worden ist, wird einschließlich der Beschreibung, der Zeichnungen, der Ansprüche und der Zusammenfassung in diese Beschreibung unter Bezugnahme einbezogen.

Claims (10)

  1. Eine Gasrückgewinnungsvorrichtung, die einen ersten Filter (2) zum Entfernen eines zersetzten Gases und teilchenförmiger Fremdsubstanzen aus einem Gasgemisch, das SF6-Gas als Isoliergas enthält und das von einer gasisolierten Vorrichtung (1) zugeleitet wird, die das Gasgemisch enthält, ein Gasverflüssigungssystem (6) zum Rückgewinnen des Gasgemischs, wobei das Gasverflüssigungssystem (6) das SF6-Gas des Gasgemischs durch Beaufschlagen des Gasgemischs mit Druck verflüssigt, eine Pumpe (3) zum Leiten des Gasgemischs von der gasisolierten Vorrichtung (1) zu dem Gasverflüssigungssystem (6), einen ersten Lagertank (7) zum Sammeln einer SF6-Flüssigkeit, die durch das Gasverflüssigungssystem (6) erhalten worden ist, eine Gasabtrennvorrichtung (5) zum Abtrennen des SF6-Gases von dem Gasgemisch und Leiten des SF6-Gases in das Gasverflüssigungssystem (6), wobei die Gasabtrennvorrichtung (5) zwischen der gasisolierten Vorrichtung (1) und dem Gasverflüssigungssystem (6) bereitgestellt ist, und eine Leitung (19) zum Rückführen eines Gases in der Gasphase in das Gasverflüssigungssystem umfasst, gekennzeichnet durch einen Puffertank (4) zum Lagern des Gasgemischs, wobei der Puffertank (4) zwischen der gasisolierten Vorrichtung (1) und der Gasabtrennvorrichtung (5) bereitgestellt ist, wobei die Leitung (19) zum Rückführen des Gases in der Gasphase mit dem Puffertank (4) verbunden ist.
  2. Gasrückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Puffertank (4) ein Adsorptionsmittel aufweist, das Zeolithe mit einer Porengröße von 5 Å und einer Porengröße von 10 Å aufweist.
  3. Gasrückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Gasabtrennvorrichtung (5) eine Druckänderungsadsorption, einschließlich eines Adsorptionsmittels mit selektiver Adsorption, umfasst.
  4. Gasrückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Gasabtrennvorrichtung (5) einen zweiten Filter mit einer permeablen Membran aufweist.
  5. Gasrückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Gasabtrennvorrichtung (5) eine Mehrzahl von Abtrenneinheiten (21, 23) zum Abtrennen des SF6-Gases von dem Gasgemisch umfasst.
  6. Gasrückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner einen zweiten Lagertank (8) umfasst, der ein spezifiziertes Gas speichert, das von der Gasabtrennvorrichtung (5) abgetrennt worden ist, wobei der zweite Lagertank (8) ein Adsorptionsmittel (18) zum Adsorbieren des SF6-Gases umfasst.
  7. Gasrückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Filter (2) ein Adsorptionsmittel zum Adsorbieren des zersetzten Gases aufweist.
  8. Gasrückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5 bis 7, soweit diese auf einen der Ansprüche 1 bis 3 rückbezogen sind, bei der die Gasabtrennvorrichtung (5) ein Adsorptionsmittel mit Zeolithen mit einer Porengröße von 5 Å aufweist.
  9. Eine gasisolierte Vorrichtung, die mit der Gasrückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 verbunden ist, wobei die gasisolierte Vorrichtung (1) ein Adsorptionsmittel aufweist, das Zeolithe mit einer Porengröße von 5 Å und einer Porengröße von 10 Å aufweist, und wobei der Anteil der Zeolithe mit einer Porengröße von 5 Å mehr als 80 Gew.-% beträgt und der Anteil der Zeolithe mit einer Porengröße von 10 Å weniger als 20 Gew.-% beträgt.
  10. Ein Verfahren zum Rückgewinnen eines Isoliergases von einem Gasgemisch einer gasisolierten Vorrichtung (1) mit einer Gasrückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren umfasst: Leiten des Gasgemischs, das ein spezifiziertes Gas als Gas-Hauptkomponente und SF6 als Isoliergas umfasst, durch einen Filter (2) zur Entfernung von zersetztem Gas und teilchenförmigen Fremdsubstanzen, wobei das zersetzte Gas in dem Filter (2) chemosorbiert wird, Leiten des Gasgemischs, bei dem das zersetzte Gas und die teilchenförmigen Fremdsubstanzen entfernt worden sind, in einen Puffertank (4), wobei der Puffertank (4) das Gasgemisch speichert, wenn das Gasgemisch unter verminderten Druck rückgewonnen wird, Leiten des Gasgemischs von dem Puffertank (4) in die Gasabtrennvorrichtung (5), Zuführen des spezifizierten Gases, das von der Gasabtrennvorrichtung (5) abgetrennt worden ist, zu einem zweiten Lagertank (8), Leiten eines konzentrierten SF6-Gases, das aus der Gasabtrennvorrichtung (5) austritt, in das Gasverflüssigungssystem (6), Zuführen der SF6-Flüssigkeit, die das Gasverflüssigungssystem (6) verlässt, in einen ersten Lagertank (7), und Rückführen von Gas in der Gasphase von dem Gasverflüssigungssystem (6) zu dem Puffertank (4).
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