一种回收后C4F7N/CO2混合气体的分离提纯装置及方法与流程

一种回收后c4f7n/co2混合气体的分离提纯装置及方法
技术领域
1.本发明属于c4f7n/co2混合气体回收技术领域，涉及一种回收后c4f7n/co2混合气体的分离提纯装置及方法。


背景技术：

2.气体绝缘设备是现代电网不可替代的关键输变电设备之一，具有结构紧凑、受环境因素影响小、运行安全可靠性高等优点。由于sf6气体具有极强的温室效应，1997年被《京都议定书》列入受限制的六种温室气体之一。目前，国外已开发出不含sf6的环保绝缘介质c4f7n，被认为是目前代替sf6气体应用于电力设备绝缘的热点介质。
3.c4f7n的绝缘性能是sf6气体的2.2倍以上，全球变暖潜能值(gwp)只有sf6气体的十分之一。然而c4f7n液化温度较高(一个大气压下约为-4.7℃)，使用时需将其与一定比例的缓冲气体(如co2)混合使用。研究表明，c4f7n/co2混合气体中c4f7n含量为5％～15％，即可满足电气性能要求。为了不造成新的环境污染，c4f7n/co2混合气体回收后，需要将其分离提纯。然而，c4f7n的研究和应用刚刚起步，c4f7n/co2混合气体的分离提纯技术更是一片空白。
4.现有技术中，申请公布号为cn112516746a、申请公布日为2021年03月19日的中国发明专利申请《c4f7n/co2混合气体回收净化装置》公开了：包括回收净化气路和罐充气路；回收净化气路的进气端设有进气接口，出气端连接罐充气路的进气端，从进气端到出气端还依次设有第一压力传感器、第一电磁阀、吸附模块；罐充气路的出气端设有出气接口，罐充气路上从进气端到出气端依次设有第一减压稳压阀、压缩机、单向阀和第二压力传感器，单向阀的出气口连接出气接口。还包括尾气回收支路、在线取样支路、混气浓度修正气路，尾气回收支路把连接管路里面留存的高压气体释放到内置的存储罐中，在线取样支路和混气浓度修正气路配合，修正混合气体浓度，使之能循环利用。但是上述中国发明专利申请的技术方案并未给出如何分离提纯c4f7n/co2混合气体。


技术实现要素：

5.本发明的所要解决的技术问题在于如何对气体绝缘设备中回收后的c4f7n/co2混合气体进行分离提纯。
6.本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
7.一种回收后c4f7n/co2混合气体的分离提纯装置，包括：co2气体吸附管路、co2气体的脱附管路、c4f7n气体的提纯回收管路、混合尾气处理管路；
8.所述的co2气体吸附管路包括：第一电磁阀(v1)、第三电磁阀(v3)、第一吸收塔(1)、第五电磁阀(v5)；第二电磁阀(v2)、第四电磁阀(v4)、第二吸收塔(2)、第六电磁阀(v6)；
9.所述的co2气体的脱附管路包括：第一三通电磁阀(vt1)、第一隔膜泵(3)、第二三通电磁阀(vt2)、第三吸收塔(4)、第七电磁阀(v7)；
10.所述的c4f7n气体的提纯回收管路包括：球阀(v10)、第二隔膜泵(5)、精馏提纯塔
(6)、v型储罐(7)；
11.第一电磁阀(v1)的一端作为混合气体的输入端、第一电磁阀(v1)的另一端与第一吸收塔(1)的底部端口密封连接，第一吸收塔(1)的顶部端口与第五电磁阀(v5)的一端密封连接，第五电磁阀(v5)的另一端与球阀(v10)的一端密封连接，球阀(v10)的另一端与第二隔膜泵(5)的输入端密封连接，第二隔膜泵(5)的输出端与精馏提纯塔(6)的进气口密封连接，精馏提纯塔(6)的出液口与v型储罐(7)密封连接，精馏提纯塔(6)的出气口与混合尾气处理管路的输入端密封连接，混合尾气处理管路的第一输出端作为排空口，混合尾气处理管路的第二输出端密封连接在第五电磁阀(v5)与球阀(v10)之间；第二电磁阀(v2)的一端与混合气体的输入端密封连接，第二电磁阀(v2)的另一端与第二吸收塔(2)的底部端口密封连接，第二吸收塔(2)的顶部端口与第六电磁阀(v6)的一端密封连接、第六电磁阀(v6)的另一端密封连接在第五电磁阀(v5)与球阀(v10)之间；第四电磁阀(v4)的一端密封连接在第三电磁阀(v3)与第一三通电磁阀(vt1)的1#端口之间，第四电磁阀(v4)的另一端密封连接在第二电磁阀(v2)与第二吸收塔(2)的底部端口之间；
12.所述的第三电磁阀(v3)的一端密封连接在第一吸收塔(1)的底部端口与第一电磁阀(v1)之间，第三电磁阀(v3)另一端与第一三通电磁阀(vt1)的1#端口密封连接，第一三通电磁阀(vt1)的2#端口与第三吸收塔(4)的进气口密封连接，第一三通电磁阀(vt1)的3#端口与第一隔膜泵(3)的输入端密封连接，第一隔膜泵(3)的输出端与第二三通电磁阀(vt2)的3#端口密封连接，第二三通电磁阀(vt2)的1#端口与第三吸收塔(4)的进气口密封连接，第二三通电磁阀(vt2)的2#端口密封连接在第五电磁阀(v5)与球阀(v10)之间，第三吸收塔(4)的出气口与第七电磁阀(v7)的一端密封连接、第七电磁阀(v7)另一端作为排空口。
13.本发明的装置将回收后的c4f7n/co2混合气体通过吸收塔吸附co2、富集c4f7n，把富集后的高浓度c4f7n混合气体压缩到精馏提纯塔(6)中增压降温，其中c4f7n极易液化，将液态c4f7n转移至存储罐(7)中，co2及部分汽化的c4f7n气体通过精馏提纯塔(6)顶部出气口输入到混合尾气处理管路中进行吸附，吸附其中残留的c4f7n，排除co2气体，本装置不仅可以将c4f7n和co2气体分离，而且可以去除混合气体中的杂质，处理后c4f7n的纯度为95％以上，装置的流程简单，能耗低。
14.作为本发明技术方案的进一步改进，所述的c4f7n气体的提纯回收管路还包括：制冷机(8)，所述的制冷机(8)设置在精馏提纯塔(6)的外部，用于给精馏提纯塔(6)降温。
15.作为本发明技术方案的进一步改进，所述的混合尾气处理管路包括：第四吸收塔(9)、第八电磁阀(v8)、第九电磁阀(v9)、第十一电磁阀(v11)；第十一电磁阀(v11)的一端与精馏提纯塔(6)的出气口密封连接，第十一电磁阀(v11)另一端与第四吸收塔(9)的进气口密封连接，第四吸收塔(9)的出气口与第八电磁阀(v8)的一端密封连接，第八电磁阀(v8)的另一端作为排空口；第九电磁阀(v9)的一端密封连接在第四吸收塔(9)的出气口与第八电磁阀(v8)之间、第九电磁阀(v9)的另一端密封连接在第五电磁阀(v5)与球阀(v10)之间。
16.作为本发明技术方案的进一步改进，所述的co2气体吸附管路还包括：第一压力表(p1)；所述的第一压力表(p1)密封设置在第一吸收塔(1)上，用于检测第一吸收塔(1)的内部压力。
17.作为本发明技术方案的进一步改进，所述的co2气体吸附管路还包括：第二压力表(p2)；所述的第二压力表(p2)密封设置在第二吸收塔(2)上，用于检测第二吸收塔(2)的内
部压力。
18.作为本发明技术方案的进一步改进，所述的co2气体的脱附管路还包括：第三压力表(p3)；所述的第三压力表(p3)密封设置在第三吸收塔(4)上，用于检测第三吸收塔(4)的内部压力；在第三吸收塔(4)的出气口与第七电磁阀(v7)之间设置测量口a，用于检测混合气体的组分和纯度。
19.作为本发明技术方案的进一步改进，所述的混合尾气处理管路还包括：第四压力表(p4)，所述的第四压力表(p4)密封设置在第四吸收塔(9)上，用于检测第四吸收塔(9)的内部压力；在第四吸收塔(9)的出气口与第八电磁阀(v8)之间设置测量口b，用于检测混合气体的组分和纯度。
20.作为本发明技术方案的进一步改进，所述的c4f7n气体的提纯回收管路还包括：第五压力表(p4)，所述的第五压力表(p4)密封设置在v型储罐(7)上，用于检测v型储罐(7)的内部压力。
21.一种应用于所述的回收后c4f7n/co2混合气体的分离提纯装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
22.s1、吸附c4f7n/co2混合气体中的co2气体，具体为：打开第一电磁阀(v1)，c4f7n/co2混合气体通过第一电磁阀(v1)进入第一吸收塔(1)中，第一吸收塔(1)吸附c4f7n/co2混合气体中的大部分co2气体，此时打开第五电磁阀(v5)、球阀(v10)、开启第二隔膜泵(5)，经过第一吸收塔(1)吸附后的含有少量co2的混合气体通过第二隔膜泵(5)压缩到精馏提纯塔(6)中，进行分离提纯；
23.s2、co2气体的脱附，具体为：关闭第一电磁阀(v1)、第五电磁阀(v5)，打开第三电磁阀(v3)、第一三通电磁阀(vt1)的1#端口和3#端口连通、第二三通电磁阀(vt2)的3#端口和1#端口连通，启动第一隔膜泵(3)对第一吸收塔(1)进行抽负压脱附，将脱附产生的大量co2及微量c4f7n气体通过第三吸收塔(4)吸收其中的c4f7n气体，再打开第七电磁阀(v7)，通过第七电磁阀(v7)排出co2气体；
24.s3、c4f7n气体的提纯回收，具体为：打开球阀(v10)、启动第二隔膜泵(5)，将经过第一吸收塔(1)吸附后的混合气体压缩到精馏提纯塔(6)中进行加压制冷液化，打开v型储罐(7)，液化的c4f7n流入v型储罐(7)中，而气态的co2及微量汽化的c4f7n尾气进入混合尾气处理管路进行处理。
25.本发明的优点在于：
26.(1)本发明的装置将回收后的c4f7n/co2混合气体通过吸收塔吸附co2、富集c4f7n，把富集后的高浓度c4f7n混合气体压缩到精馏提纯塔(6)中增压降温，其中c4f7n极易液化，将液态c4f7n转移至存储罐(7)中，co2及部分汽化的c4f7n气体通过精馏提纯塔(6)顶部出气口输入到混合尾气处理管路中进行吸附，吸附其中残留的c4f7n，排除co2气体，本装置不仅可以将c4f7n和co2气体分离，而且可以去除混合气体中的杂质，处理后c4f7n的纯度为95％以上，装置的流程简单，能耗低。
27.(2)设置两组互为备份的co2吸收塔，一组吸收co2的同时，另一组进行脱附，进一步提高分离效率。
28.(3)v型储罐(7)底部v型设计，可将液态c4f7n聚集底部，方便灌充，同时可最大程度降低c4f7n气、液两相转化，提高提纯效率。
附图说明
29.图1是本发明实施例一的一种回收后c4f7n/co2混合气体的分离提纯装置的结构图；
30.图2是本发明实施例二的一种回收后c4f7n/co2混合气体的分离提纯方法的流程图。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.下面结合说明书附图以及具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述：
33.实施例一
34.如图1所示，一种回收后c4f7n/co2混合气体的分离提纯装置，包括：第一吸收塔1、第二吸收塔2、第一隔膜泵3、第三吸收塔4、第二隔膜泵5、精馏提纯塔6、v型储罐7、制冷机8、第四吸收塔9；第一电磁阀v1、第二电磁阀v2、第三电磁阀v3、第四电磁阀v4、第五电磁阀v5、第六电磁阀v6、第七电磁阀v7、第八电磁阀v8、第九电磁阀v9、球阀v10、第十一电磁阀v11、第一三通电磁阀vt1、第二三通电磁阀vt2；第一压力表p1、第二压力表p2、第三压力表p3、第四压力表p4、第五压力表p5。
35.第一电磁阀v1的一端作为混合气体的输入端、第一电磁阀v1的另一端与第一吸收塔1的底部端口密封连接，第一吸收塔1的顶部端口与第五电磁阀v5的一端密封连接，第五电磁阀v5的另一端与球阀v10的一端密封连接，球阀v10的另一端与第二隔膜泵5的输入端密封连接，第二隔膜泵5的输出端与精馏提纯塔6的进气口密封连接，精馏提纯塔6的出液口与v型储罐7密封连接，精馏提纯塔6的出气口与第十一电磁阀v11的一端密封连接，第十一电磁阀v11另一端与第四吸收塔9的进气口密封连接，制冷机8设置在精馏提纯塔6的外部，用于给精馏提纯塔6降温，第四吸收塔9的出气口与第八电磁阀v8的一端密封连接，第八电磁阀v8的另一端作为排空口；第九电磁阀v9的一端密封连接在第四吸收塔9的出气口与第八电磁阀v8之间、第九电磁阀v9的另一端密封连接在第五电磁阀v5与球阀v10之间。
36.第二电磁阀v2的一端作为混合气体的输入端、第二电磁阀v2的另一端与第二吸收塔2的底部端口密封连接，第二吸收塔2的顶部端口与第六电磁阀v6的一端密封连接、第六电磁阀v6的另一端密封连接在第五电磁阀v5与球阀v10之间。
37.第三电磁阀v3、第四电磁阀v4串联密封连接，其中，第三电磁阀v3的非串联端密封连接在第一吸收塔1的底部端口与第一电磁阀v1之间，第四电磁阀v4的非串联端密封连接在第二吸收塔2的底部端口与第二电磁阀v2之间，第三电磁阀v3与第四电磁阀v4的串联公共点与第一三通电磁阀vt1的1#端口密封连接，第一三通电磁阀vt1的2#端口与第三吸收塔4的进气口密封连接，第一三通电磁阀vt1的3#端口与第一隔膜泵3的输入端密封连接，第一隔膜泵3的输出端与第二三通电磁阀vt2的3#端口密封连接，第二三通电磁阀vt2的1#端口与第三吸收塔4的进气口密封连接，第二三通电磁阀vt2的2#端口密封连接在第六电磁阀v6与球阀v10之间，第三吸收塔4的出气口与第七电磁阀v7的一端密封连接、第七电磁阀v7另
一端作为排空口。
38.第一压力表p1密封设置在第一吸收塔1上，用于检测第一吸收塔1的内部压力；第二压力表p2密封设置在第二吸收塔2上，用于检测第二吸收塔2的内部压力；第三压力表p3密封设置在第三吸收塔4上，用于检测第三吸收塔4的内部压力；第四压力表p4密封设置在第四吸收塔9上，用于检测第四吸收塔9的内部压力；第五压力表p4密封设置在v型储罐7上，用于检测v型储罐7的内部压力。
39.在第三吸收塔4的出气口与第七电磁阀v7之间设置测量口a，用于检测混合气体的组分和纯度；在第四吸收塔9的出气口与第八电磁阀v8之间设置测量口b，用于检测混合气体的组分和纯度，气体纯度检测为一台专用于c4f7n检测的色谱仪，可同时检测气体中的各个组分及含量。
40.装置的工作过程
41.1、吸附c4f7n/co2混合气体中的co2气体
42.第一吸收塔1、第二吸收塔2中填充一种具有选择性的吸附剂，选择吸附co2分子，而不吸附c4f7n分子。
43.打开第一电磁阀v1、关闭第二电磁阀v2，c4f7n/co2混合气体通过第一电磁阀v1进入第一吸收塔1中，第一吸收塔1吸附c4f7n/co2混合气体中的大部分co2气体，此时打开第五电磁阀v5、球阀v10、开启第二隔膜泵5，经过第一吸收塔1吸附后的含有少量co2的混合气体通过第二隔膜泵5压缩到精馏提纯塔6中，进行分离提纯。
44.当第一吸收塔1吸附饱和时，关闭第一电磁阀v1、第五电磁阀v5，打开第二电磁阀v2、第六电磁阀v6，启用第二吸收塔2对c4f7n/co2混合气体中的co2气体进行吸附。
45.2、co2气体的脱附
46.2.1、第一吸收塔脱附过程
47.关闭第一电磁阀v1、第四电磁阀v4、第五电磁阀v5，打开第三电磁阀v3、第一三通电磁阀vt1的1#端口和3#端口连通、第二三通电磁阀vt2的3#端口和1#端口连通，启动第一隔膜泵3对第一吸收塔1进行抽负压，在负压环境下，吸附剂中吸附的co2会释放，脱附过程中也会存在少量的c4f7n气体混合其中，把脱附产生的大量co2及微量c4f7n气体通过第三吸收塔4吸收其中的c4f7n气体(第三吸收塔内部填充的是一种专用c4f7n分子吸附剂，对co2分子不吸附)，测量口a检测c4f7n气体的含量低于500μl/l后，打开第七电磁阀v7，通过第七电磁阀v7排出co2气体，第一压力表p1小于10kpa(绝压)时，第一吸收塔1脱附过程结束。
48.2.2、第二吸收塔的脱附过程
49.关闭第二电磁阀v2、第三电磁阀v3、第六电磁阀v6，打开第四电磁阀v4、第一三通电磁阀vt1的1#端口和3#端口连通、第二三通电磁阀vt2的3#端口和1#端口连通，启动第一隔膜泵3对第二吸收塔2进行抽负压，在负压环境下，吸附剂中吸附的co2会释放，脱附过程中也会存在少量的c4f7n气体混合其中，把脱附产生的大量co2及微量c4f7n气体通过第三吸收塔4吸收其中的c4f7n气体，测量口a检测c4f7n气体的含量低于500μl/l后，打开第七电磁阀v7，通过第七电磁阀v7排出co2气体，第二压力表p2小于10kpa(绝压)时，第二吸收塔2脱附过程结束。
50.3、第三吸收塔的再生
51.当第三吸收塔4吸附饱和时，此时关闭第三电磁阀v3、第四电磁阀v4、第五电磁阀
v5、第六电磁阀v6、第七电磁阀v7，第一三通电磁阀vt1的2#端口和3#端口连通、第二三通电磁阀vt2的3#端口和2#端口连通，启动第一隔膜泵3对第三吸收塔4进行抽负压，对第三吸收塔4进行负压脱附，此时打开球阀v10、启动第二隔膜泵5，把脱附出来的c4f7n气体压缩到精馏提纯塔6继续提纯，当第三吸收塔4内部压力低于10kpa(绝压)，第三吸收塔4再生结束。
52.4、c4f7n气体的提纯回收
53.提前开启制冷机8对精馏提纯塔6进行预先制冷10min，此时打开球阀v10、启动第二隔膜泵5，将经过第一吸收塔1、第二吸收塔2吸附后的混合气体压缩到精馏提纯塔6中进行加压制冷液化，打开v型储罐7由于c4f7n气体的液化温度为-4.7℃，加压制冷液化后液化的c4f7n流入v型储罐7中，而气态的co2及微量汽化的c4f7n气体处于精馏提纯塔6的顶部，制冷机8仅仅对精馏提纯塔6进行制冷，下面的v型储罐7靠c4f7n液化来降温，当v型储罐7温度不再下降或者下降温度低于1℃/2min，关闭v型储罐7，打开第十一电磁阀v11进行排气30s；当v型储罐7温度达到-10℃并且内部压力低于100kpa(绝压)，关闭第十一电磁阀v11，打开v型储罐7的出液口，把液态的c4f7n罐转移至外置容器内。
54.c4f7n与co2的液化温度相差较大的特点，将c4f7n/co2混合气体通入低温精馏提纯塔6，温度降低至一定值，液化c4f7n液化，将其从精馏提纯塔6底部缓慢放出，由于c4f7n/co2混合气体中c4f7n含量较低，所以精馏提纯塔6下部的v型储罐7容积不可太大，且液化c4f7n的出口管路为细长漏斗状，出口设置针型阀，控制液化c4f7n的流量。
55.5、提纯塔的混合尾气处理
56.精馏提纯塔6中co2及微量气态c4f7n通过第十一电磁阀v11间歇式排出，排出的混合气体通过第四吸收塔9，对混合气体中c4f7n气体进行吸附，吸附后的co2气体(其中c4f7n气体含量低于500μl/l)通过第八电磁阀v8排空，在排空的过程中通过测量口b监测排空的co2中c4f7n气体含量，当检测值高于500μl/l时，需要对第四吸收塔9进行再生。
57.6、第四吸收塔的再生
58.当第四吸收塔9吸附饱和时，关闭第五电磁阀v5、第六电磁阀v6、第八电磁阀v8、第十一电磁阀v11，打开第九电磁阀v9、球阀v10，启动第二隔膜泵5，对第四吸收塔9进行负压脱附，把脱附出来的c4f7n气体压缩到精馏提纯塔6继续提纯，当第四吸收塔9内部压力低于10kpa(绝压)，第四吸收塔9再生结束。
59.实施例二
60.如图2所示，一种应用于所述的回收后c4f7n/co2混合气体的分离提纯装置的方法，包括以下步骤：
61.s1、吸附c4f7n/co2混合气体中的co2气体，具体为：打开第一电磁阀v1，c4f7n/co2混合气体通过第一电磁阀v1进入第一吸收塔1中，第一吸收塔1吸附c4f7n/co2混合气体中的大部分co2气体，此时打开第五电磁阀v5、球阀v10、开启第二隔膜泵5，经过第一吸收塔1吸附后的含有少量co2的混合气体通过第二隔膜泵5压缩到精馏提纯塔6中，进行分离提纯；
62.s2、co2气体的脱附，具体为：关闭第一电磁阀v1、第五电磁阀v5，打开第三电磁阀v3、第一三通电磁阀vt1的1#端口和3#端口连通、第二三通电磁阀vt2的3#端口和1#端口连通，启动第一隔膜泵3对第一吸收塔1进行抽负压脱附，将脱附产生的大量co2及微量c4f7n气体通过第三吸收塔4吸收其中的c4f7n气体，再打开第七电磁阀v7，通过第七电磁阀v7排出co2气体；
63.s3、c4f7n气体的提纯回收，具体为：打开球阀v10、启动第二隔膜泵5，将经过第一吸收塔1吸附后的混合气体压缩到精馏提纯塔6中进行加压制冷液化，打开v型储罐7，液化的c4f7n流入v型储罐7中，而气态的co2及微量汽化的c4f7n尾气进入混合尾气处理管路进行处理。
64.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。