KR20020000168A - 기체 절연관내의 절연기체로부터 ｓｆ6의 분리 - Google Patents

기체 절연관내의 절연기체로부터 ｓｆ6의 분리 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 지하 케이블을 위한 절연 충진 기체로서 사용되는 SF6와 N2의 기체혼합물은 SF6를 분리하는 막을 사용하여 분리되어 질 수 있다.

Description

기체 절연관내의 절연기체로부터 ＳＦ6의 분리{Isolation of SF6 from insulating gases in gas insulated lines}
육플루오르화황과 질소로 된 혼합물은 지하 케이블을 위한 절연용 충진기체로서 사용된다(독일 실용신안 297 20 507.2 참조). 보통 이 혼합물은 5 내지 50 부피%(vol%)의 육플루오르화황 및 100 부피%까지의 잔부 질소를 함유한다.
관의 보수 분야에서, 또한 장애의 경우, 특히 SF6의 재사용의 목적을 가지고 기체 혼합물을 분리하는 것이 요망된다. 그런데 그렇게 얻어진 SF6는 대단히 작은 부피를 차지한다(이것은 수송, 관 단면의 설계등에 이점이 된다).
본 발명은, 기체 절연관("GIL(Gas Insulated Line)")으로부터 유래하는 육플루오르화황(SF6)과 질소를 함유하는 혼합물을 분리하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 의한 3 막 분리 단계를 갖는 분리 시설의 흐름도이다.
본 발명의 목적은 기체 절연관 내에 재 도입을 위해, 또는 기체 밀폐된 생성물 회로 계에 재 사용하기 위해, 혼합물로부터 SF6의 단리(분리회수)를 가능하게 하는 상기한 기체 혼합물을 분리하는 방법을 제공하는 것이다.
추가의 목적은 적합한 장치를 이용가능하게 하는 것에 있다.
본 발명에 의한 방법에 있어서는, 기체 절연관(기밀관)으로부터의 SF6/N2-혼합물이 육플루오르화황을 분리할 수 있는 막에 의해 분리되게 한다. 본 발명에 의한 방법은, 예컨대 기체 절연 고압관을 보수하는 동안에, 고장 장애의 경우 또는 관내의 기체가 재생을 필요로 할 때 수행된다. 분리된 육플루오르화황은 기체 절연관 내로 환류(복귀)될 수 있다. 그리고 소망하는 농도에 따라 질소를 관 내에 도입할 수도 있다. 다른 이용 가능성은, 기체 절연관의 이용이 종료하여 그 관을 고철화하려 할 때에, 기체 절연관 내에 있는 SF6과 N2로 된 혼합물(및 경우에 따라서는 추가의 불순물)을 본 발명에 의한 공정으로 적절히 처리하는 데에 있다. SF6는 혼합물로부터 분리하여 추가의 용도에 공급될 수 있다.
SF6의 함량은 5 내지 50 부피%의 범위이다. 그러나 본 발명에 의한 방법은 보다 높은 SF6함량을 가진 기체 혼합물의 분리에도 또한 이용될 수 있다.
비대칭성 유기 막이 바람직하다. 투과물질의 용해도에 기초하여 분리하는 고무 탄성막("고무질 막")은 알려져 있다. 다른 막은 투과물질의 확산 능력에 기초하여 분리하는데, 이 막은 고무 탄성이 아닌 결정성 막("유리질 막(glassy membrane)")이고, 이 막이 보다 바람직하다.
이 막은, 공지의 방법으로, 예컨대 중공섬유 막들의 묶음으로서 만들어질 수 있다. 이 막은 공지의 재료로 제조될 수 있다. 대단히 양호하게 적합한 것으로는, 예컨대 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에스테르카보네이트, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리아미드, 폴리페닐렌옥사이드 및 폴리올레핀이 있다. 바람직하게는, 중합체 재료는 폴리에스테르, 폴리카보네이트 및 폴리에스테르카보네이트를 포함한다. 중합체 사슬 내에 있는 비스페놀 단위의 적어도 25%가 4-할로겐화 되어 있는(여기서의 할로겐은 염소 또는 브롬임) 비스페놀로부터 유도된 폴리카보네이트가 탁월하게 적합하다. 특히 바람직한 막은, 두 다공성 표면을 가진 중합체 매트릭스 및 다른 기체 성분들로부터 육플루오르황의 분리를 가능하게 하는 층을 갖고 있다. 그런 막은 미국특허 제 4,838,904 호(EP-A-0 340 262)에 기재되어 있다. 기체 혼합물 내에 SO2F2, SO2등과 같은 추가의 불순물이 함유되어 있는 한, 물 또는 알칼리액에 의한 세척 또는 흡착과 같은 정제 공정이 먼저 행해질 수 있다. 각 막 단계는 다수개의 막 카트리지(병렬로 배치됨)로 구성될 수 있다.
막 또는 막들의 입구측에서의 압력은 보통 주위 압력보다 더 높다. 예컨대, 분리할 기체 혼합물에 13 바까지의 압력을 걸어줄 수 있다. 바람직하게는, 입구 압력은 10 내지 12 바이다. 다수의 막이 제공되는 경우, 각각의 막 앞에 압축기가 배치될 수 있다. 온도는 10 내지 40℃가 바람직하다.
두 개의 막 단계가 설치되는 경우에는, 다음과 같이 기체 흐름을 안내하는 것이 합목적적이다: 분리할 혼합물 - 예컨대 기체 절연된 고압관으로부터의, 20 부피%의 SF6를 가진 육플루오르화황과 질소와의 혼합물 - 을 첫 번째 막에 가한다. 바람직하게는, 막은 질소를 통과시킬 수 있기 때문에, 질소분이 높고 육플루오르화황 분이 낮은 막 투과물이 얻어진다. 그 투과물은 외부 주위로 방출된다. 첫째 막의잔류물 - 이미 높은 SF6농도를 가진 - 은 다음 막 내에 도입된다. 이 두 번째 막으로부터 얻어지는 투과물은 첫째 막의 원료 공급류 내에 도입된다. 두 번째 막의 잔류물은 적은 질소량을 가진 육플루오르화황을 나타낸다. 그것은 압축기에 의해 유동화시켜 곧바로 기체 절연된 고압관 내로 환류시키거나 또는 임시 저장하였다가 다른 용도에 다시 이용할 수 있다.
막 카트리지의 수와 배치는, 원하는 순도 그리고 높은 SF6함량을 가진 기체가 처리될 것인가 또는 낮은 SF6함량을 가진 기체가 처리될 것인가에 따라 달라진다. 3 막 단계를 사용할 때에는 분리 효과가 더욱 개선된다. 바람직하게는, 3 막은 다음과 같이 연결된다: SF6/N2-기체 혼합물이 공급 원료류로서 제 1 막 단계 위에 가해진다. 그 잔류물이 공급 원료류로서 제 2 막 단계 위에 가해진다. 이 제 2 단계의 잔류물은 고도로 정제된 SF6이고, 재사용 가능하다. 제 1 막 단계의 투과물은 공급 원료류로서 제 3 막 단계에 공급된다. 이 제 3 막 단계의 투과물은 SF6가 거의 없는 N2이고, 외계로 방출된다. 제 2 막 단계의 투과물 및 제 3 막 단계의 잔류물은 제 1 막 단계에 대한 공급원료류 내에 혼입된다.
충분히 농축되고 정제된 육플루오르화황 및 허용가능한 낮은 육플루오르화황 분을 가진 질소가 얻어질 수 있기 위해서는, 1 막 또는 2 막 분리단계이면 충분하다는 것이 밝혀졌다. 후단 흡착 단계는 설치될 필요가 없다.
본 발명에 의한 방법은 지하 케이블로부터의 SF6/N2-혼합물의 양호한 분리에그 특징이 있다. 정제된 질소와 정제된 공기는 아무런 문제없이 주위로 방출될 수 있다. SF6을 주위로 방출시키는 것은 엄격히 방지되어야 한다. 회수된 육플루오르화황은 곧바로 기체 절연 고압관에 도입될 수 있다. 그러나 추가 조작을 행할 수 있는데, 예컨대 원하는 기체 혼합물을 얻기 위해 질소를 혼합할 수도 있다.
본 발명에는 기체 절연된, SF6/N2-로 충전된 고압관, 막 분리 시설 및 기체 절연관과 막 분리 시설 사이의 연결관을 포함하는 시스템도 포함된다. 막 분리 시설은, 바람직하게는 질소에 대해 투과성인 막을 가진 하나, 둘, 셋 또는 그 이상의 막 분리 단계를 포함한다. 막 분리 단계의 수에 대해서는 위에서 설명된 내용이 적용된다. 제 1 막 단계에 대해서는, 또한 바람직하게는 각 추가 단계에 대해 압축기가 배치되어 있다. 바람직한 시설은 적어도 두 개의 막 분리 단계를 갖고 있다. 이 시설은 또한 기체 절연 고압관 및 제 1 막 분리 단계 내로의 입구와 연결된 분리할 혼합물용 연결관, 제 1 막 분리 단계로부터의 잔류물(농축된 SF6를 가진)을 제 2 막 분리 단계 내로 도입하기 위해 배치되어 있는 제 1과 제 2 막 분리 단계 사이의 연결관, 및 거기로부터 높은 SF6함량을 가진 잔류물이 유출되는 제 2 막 분리 단계로부터의 잔류물을 위한 유출관을 포함한다. 이 유출관은 막 분리 시설을 기체 절연된 고압관(SF6의 환류를 위한 연결관)과 또는 임시 저장을 위한 탱크와 연결시킨다. 또한, 이 관은 제 2 막 단계의 투과물을 제 1 막 단계의 공급 원료류 내로 공급할 환류관을 갖고 있다. 기체 절연관과 막 분리 시설 사이에는 기체 혼합물과 SF6를 인출하고 공급하기 위한 펌프(예컨대, 진공 펌프)와 압축기가 배치되어 있다. 소망의 경우에는, 추가의 처리 장치들(압축기, N2-혼합을 위한 기체 혼합기 등)이 중간에 설치될 수 있다. 제 1 막 단계의 투과물은 주위로 방출될 수 있다.
추가의 특히 바람직한 시스템은 세 개의 막 단계를 포함한다. 합목적적으로 이 시스템은 상기와 같이 배치되어 있다. 용기(B)(기체 절연관으로 표시되어 있음)는 N2와 SF6의 혼합물을 수용한다. 관(1)을 통해 그 혼합물은 제 1 막 단계(2)에 유입된다. 잔류물은 관(3)을 통해 제 2 막 단계(4)에 공급된다. 막 단계(4)의 잔류물인 고농축 SF6은 관(5)을 통해 저장 용기(V)(중간 탱크)에 도입된다. 제 1 막 단계(2)의 투과물은 제 3 막 단계(6)에 공급되고, 이 단계의 투과물은 주위 환경으로 방출될 수 있고(관(10)을 통해), 잔류물은 관(7)을 통해 제 1 막 단계(2)의 원료 공급류에 도입될 수 있다. 제 2 막 단계(4)의 투과물도 관(9)을 통해 제 1 막 단계(2)의 원료 공급류에 도입된다. 막 단계들 전방의 압축기, 시료 분석용 탐침, 유량계 등은 명료성을 위해 생략되어 있다. 수치들은 실시예 2를 설명하는 데에 사용될 것이다. 그 수치들은 각 관내에서 N2/SF6의 부피 관계를 나타낸다.
본 발명은 간단한 방법으로 기체 절연관에 있는 SF6함유물을 재평가할 수 있게 한다.
다음 실시예들은 본 발명을 그 범위를 축소시킴이 없이 더욱 상세하게 설명할 것이다.
사용된 막은, 중공 섬유형, 제조자: Aga-Gas, NitroprineTM형; 각 막 분리단계 당 3 개의 카트리지를 갖는 것이었다.
실시예 1 :
2 단계 방법
질소와 육플루오르화황을 혼합하여, 지하 케이블에 사용된 기체 혼합물에 상당하는 20 부피%의 SF6와 80 부피%의 N2를 갖는 기체 혼합물을 만들었다. 13 바(절대)의 압력으로 상승시킨 기체 혼합물을 기체 절연관에 해당하는 용기(B)로부터 관(1)을 통해 제 1 막 분리단계(2)에 도입했다(1 m3/h). 제 1 막 분리 단계를 떠난 투과물은 97 부피%의 질소와 3 부피%의 육플루오르화황을 포함했다.
제 1 막 분리 단계의 잔류물은 50 부피%의 질소와 50 부피%의 육플루오르화황을 함유했고, 이를 새로이 13 바로 가압한 후 관(3)을 통해 제 2 막 분리 단계(4)에 도입했다. 제 2 막 분리 단계로부터의 투과물은 81 부피%의 질소와 19 부피%의 육플루오르화황을 함유했다. 제 2 막 분리 단계로부터의 잔류물은 95 부피%의 육플루오르화황과 5 부피%의 질소를 함유했다. 그 잔류물을 관(5)을 통해저장 용기(V)에 도입했다. 이 물질은 대단히 순수하여 직접 SF6의 재사용에 이용될 수 있다.
실시예 2 :
3 막의 이용
도 1에 따라 이번에는 3개의 막으로 실시예 1을 반복했다.
처리할 기체 혼합물을 제 1 막 단계에 가하고, 그 잔류물을 제 2 막 단계에 공급했는데; 그 잔류물은 고농축 SF6(95 부피%이고, 나머지는 질소)이었고, 재사용에 이용될 수 있었다.
제 3 막 단계의 투과물은 단지 1 부피%의 SF6를 함유했다. 잔류물은 제 1 막 단계로의 원료 공급류에 혼입했다(관(7)을 통해).

Claims (11)

  1. 기체 혼합물을 SF6를 분리하기에 적합한 막과 접촉시키는 것을 포함하는, 기체 절연관으로부터의 SF6/N2-혼합물의 분리방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 비대칭 유리질 유기막이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 두 개의 다공성 표면과 분리에 효과적인 층을 가진 중합체 매트릭스를 갖고 있는 막이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리에스테르, 폴리카보네이트 또는 폴리에스테르카보네이트를 기초로 한 막이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 폴리카보네이트를 기초로 한 중합체 매트릭스를 가진 막이 사용되고, 상기 폴리카보네이트는 비스페놀로부터 유도된 것이고, 그 폴리카보네이트 내에는 중합체 사슬 내 비스페놀-단위의 적어도 25%가 염소 또는 브롬으로 4-할로겐화 되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 5 내지 50 부피%의 SF6함량을 가진 SF6/N2-혼합물이 원료가 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 둘 또는 그 이상의 막 분리 단계가 설치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 3 막 분리 단계가 제공되는 것으로, 제 2 막 분리 단계로부터의 잔류물로서 높은 SF6-함량을 가진 혼합물을 얻기 위해 제 1 막 분리 단계의 잔류물을 제 2 막 분리 단계에 공급하고, 제 1 막 분리 단계의 투과물을 제 3 막 분리 단계에 도입하고, 제 2 막 분리 단계의 투과물과 제 3 막 분리 단계의 잔류물은 제 1 막 분리 단계의 공급 원료류 내에 환류 공급되고, 제 3 막 분리 단계의 투과물은 주위환경으로 방출될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 기체 절연관의 사용 중에는 SF6및 N2로 된 절연 혼합물의 정제를 위해 이 방법을 사용하고, 또는 기체 절연관의 사용 종료 후에는 재사용의 목적을 위해 이 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 기체 절연관, 막 분리 장치 및 기체 절연관과 막 분리 장치 사이의 하나 또는 둘 이상의 연결관을 포함하는 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 가동성 막 분리 장치를 구비하는 시스템.
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