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如何制造SF6气体?
2021-07-11

武汉华天电力专业生产SF6综合测试仪

 

SF6气体已有百年历史,它是法国两位化学家Moissan和Lebeau于1900年合成的人造惰性气体,1940年前后,美国军方将其用于曼哈顿计划(核军事)。

SF6是强电负性气体,它的分子极易吸附自由电子而形成质量大的负离子,削弱气体中碰撞电离过程,因此其电气绝缘强度很高,在均匀电场中约为空气绝缘强度的2.5倍,SF6气体在t≈2000K时出现热分解高峰,因此在交流电弧电流过零时,SF6对弧道的冷却作用比空气强得多,其灭弧能力约为空气的100倍,由于SF6气体具有优良的灭弧性能和绝缘性能以及良好的化学稳定性,它从20世纪50年代末开始被用作高压断路器的灭弧介质,在超高压和特高压断路器中,SF6作为灭弧介质,已取代油,并已大量取代了压缩空气。

 

SF6综合测试仪

 

从60年代中期起,SF6被广泛用作高压电气设备的绝缘介质,SF6气体绝缘的全封闭开关设备比常规的敞开式高压配电装置占地面积小得多,且其运行不受外界气象和环境条件的影响,因此不仅广泛用于超高压和特高压电力系统,而且已开始用于配电网络(SF6气体绝缘的开关柜和环网供电单元),SF6气体绝缘的管道输电线的优点是介质损耗小、传输容量大,且可用于高落差场合,因此常用于水电站出线,取代常规的充油电缆,SF6气体绝缘的变压器具有防火防爆的优点,这种配电变压器特别适用于人口稠密的地区和高层建筑的供电,SF6气体绝缘的超高压变压器已研制成功,全气体绝缘变电所将是变电技术发展的一个方向。

 

当前SF6气体主要用于电力工业中,SF6气体用于4种类型的电气设备作为绝缘和/或灭弧。SF6断路器及GIS(在这里指六氟化硫封闭式组合电器,国际上称为“气体绝缘开关设备”(Gas Insulated Switchgear))、SF6负荷开关设备,SF6绝缘输电管线,SF6变压器及SF6绝缘变电站,80%用于高中压电力设备。

 

目前化工行业制造SF6气体的方法主要是采用单质硫磺与过量气态氟直接化合反应而成。即S+3F2→SF6+Q(放出热量),在合成的粗品中含有多种杂质,其杂质的组成和含量因原材料的纯度、生产设备的材质、工艺条件等因素的影响而有很大差异,杂质总含量可达5%,其组成有硫氟化合物,如:S2F2、SF2、SF4、S2F1O等。硫氟氧化合物如SOF2、SO2F2、SOF4、S2F10O等以及原料中带入的杂质如HF、OF2、CF4、N2、O2等,如果想用到高压电器设备中,需要净化粗品中的杂质,合成后的SF6气体还需要经过水洗、碱洗、热解(去除剧毒的十氟化物)、干燥、吸附、冷冻、蒸馏提纯等一系列净化处理过程才能得到纯度在99.8%以上的产品,然后再用压缩机加压,充入降温至-80℃左右的钢瓶中,以液态形式存在。

 


 

合成的方法通常有下面几种:

1、直接合成法:经净化后的氟(含HF≤0.5%)和硫反应生成六氟化硫及少量的S2F10、SF4、SF2和S2F2,经水洗、碱洗除去绝大部分杂质气体,再经热解炉分解S2F10成SF6和SF4(300~350℃),然后经碱洗进一步除去杂质,净化后的SF6气体经硅胶及分子筛干燥器干燥后,制得六氟化硫产品。

将硫、二氯化硫、一氯化硫、二硫化碳或硫化氢等加入到无水氟化氢中,以镍为阳极进行电解即可制得六氟化硫,或氟和硫直接反应制备六氟化硫,还可以金属氧化物为催化剂于300℃下用空气氧化四氟化硫,或者在500~2000℃使氟化硫热解。

 

2、以长约300mm直径25mm的镍管为反应器,将盛有硫粉的镍舟置于其中,反应管与一石英阱连接,石英阱以液态氧冷却,装置的末端与一装有新脱水的KF的铁制干燥管相连,以隔离空气中的湿气,硫在氟气流中燃烧,生成的产物凝聚在冷阱中,随后进行纯化,使产物气化并通过10%的KOH热溶液(不用NaOH)洗涤除去其中的杂质(HF,SF2,SF4,SOF2,S2F10),然后用P4O10干燥产物气体,并在室温下通过活性炭除去S2F10。

 

3、使SO2在过量的F2中燃烧可生成SF6,反应温度约650℃,产物在冷阱中凝聚,其中除SF6外主要杂质是SO2F2,纯化时将其通过装有水和热的10%KOH溶液的洗涤瓶,最后用P4O10干燥。

 

4、元素氟和硫直接反应法。


 

5、直接电解法:将硫、二氯化硫、一氯化硫、二硫化碳或硫化氢等加入到无水氟化氢中,以镍为阳极进行电解即可制得六氟化硫,用硫化氢与无水氢氟酸电解时,以镍作极,铁作阴极,温度为-10~20℃,电压为7~20V,电解产物应除去杂质;催化氧化法 金属氧化物为催化剂,于300℃下,用空气氧化四氟化硫,该法缺点是收率过低。

 

6、热解法:在500~2000℃使SF4热解,但该法的转换率及收率皆低,采用微波放电分解SF4亦可,氟化钴法 将硫磺或其他硫化物在三氟化钴和二氯化钴存在下与过量氟作用以制备六氟化硫,二氧化硫与氟燃烧法。

 

7、联产法:氯氟代甲烷和六氟化硫联产,氟化碳(COF2)与六氟化硫联产。

 

 

 

 

   

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