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如何制造SF6氣體?

文章出處: 作者:WFS 人氣: 發表時間:2019-02-17 19:56:42

 

SF6氣體已有百年歷史,它是法國兩位化學家Moissan和Lebeau于1900年合成的人造惰性氣體,1940年前后,美國軍方將其用于曼哈頓計劃(核軍事)。

SF6是強電負性氣體,它的分子極易吸附自由電子而形成質量大的負離子,削弱氣體中碰撞電離過程,因此其電氣絕緣強度很高,在均勻電場中約為空氣絕緣強度的2.5倍。SF6氣體在t≈2000K時出現熱分解高峰,因此在交流電弧電流過零時,SF6對弧道的冷卻作用比空氣強得多,其滅弧能力約為空氣的100倍。由于SF6氣體具有優良的滅弧性能和絕緣性能以及良好的化學穩定性,它從20世紀50年代末開始被用作高壓斷路器的滅弧介質。在超高壓和特高壓斷路器中,SF6作為滅弧介質,已取代油,并已大量取代了壓縮空氣。

 

 

從60年代中期起,SF6被廣泛用作高壓電氣設備的絕緣介質。SF6氣體絕緣的全封閉開關設備比常規的敞開式高壓配電裝置占地面積小得多,且其運行不受外界氣象和環境條件的影響,因此不僅廣泛用于超高壓和特高壓電力系統,而且已開始用于配電網絡(SF6氣體絕緣的開關柜和環網供電單元)。SF6氣體絕緣的管道輸電線的優點是介質損耗小、傳輸容量大,且可用于高落差場合,因此常用于水電站出線,取代常規的充油電纜。SF6氣體絕緣的變壓器具有防火防爆的優點,這種配電變壓器特別適用于人口稠密的地區和高層建筑的供電。SF6氣體絕緣的超高壓變壓器已研制成功,全氣體絕緣變電所將是變電技術發展的一個方向。

 

當前SF6氣體主要用于電力工業中。SF6氣體用于4種類型的電氣設備作為絕緣和/或滅弧;SF6斷路器及GIS(在這里指六氟化硫封閉式組合電器,國際上稱為“氣體絕緣開關設備”(Gas Insulated Switchgear))、SF6負荷開關設備,SF6絕緣輸電管線,SF6變壓器及SF6絕緣變電站。80%用于高中壓電力設備。

 

目前化工行業制造SF6氣體的方法主要是采用單質硫磺與過量氣態氟直接化合反應而成;即S+3F2→SF6+Q(放出熱量)。在合成的粗品中含有多種雜質,其雜質的組成和含量因原材料的純度、生產設備的材質、工藝條件等因素的影響而有很大差異,雜質總含量可達5%。其組成有硫氟化合物,如:S2F2、SF2、SF4、S2F1O等;硫氟氧化合物如SOF2、SO2F2、SOF4、S2F10O等以及原料中帶入的雜質如HF、OF2、CF4、N2、O2等。如果想用到高壓電器設備中,需要凈化粗品中的雜質,合成后的SF6氣體還需要經過水洗、堿洗、熱解(去除劇毒的十氟化物)、干燥、吸附、冷凍、蒸餾提純等一系列凈化處理過程才能得到純度在99.8%以上的產品。然后再用壓縮機加壓,充入降溫至-80℃左右的鋼瓶中,以液態形式存在。

 

 

合成的方法通常有下面幾種:

1、直接合成法:經凈化后的氟(含HF≤0.5%)和硫反應生成六氟化硫及少量的S2F10、SF4、SF2和S2F2。經水洗、堿洗除去絕大部分雜質氣體,再經熱解爐分解S2F10成SF6和SF4(300~350℃),然后經堿洗進一步除去雜質,凈化后的SF6氣體經硅膠及分子篩干燥器干燥后,制得六氟化硫產品。

將硫、二氯化硫、一氯化硫、二硫化碳或硫化氫等加入到無水氟化氫中,以鎳為陽極進行電解即可制得六氟化硫。或氟和硫直接反應制備六氟化硫。還可以金屬氧化物為催化劑于300℃下用空氣氧化四氟化硫,或者在500~2000℃使氟化硫熱解。

 

2、以長約300mm直徑25mm的鎳管為反應器,將盛有硫粉的鎳舟置于其中,反應管與一石英阱連接,石英阱以液態氧冷卻。裝置的末端與一裝有新脫水的KF的鐵制干燥管相連,以隔離空氣中的濕氣。硫在氟氣流中燃燒,生成的產物凝聚在冷阱中。隨后進行純化,使產物氣化并通過10%的KOH熱溶液(不用NaOH)洗滌除去其中的雜質(HF,SF2,SF4,SOF2,S2F10)。然后用P4O10干燥產物氣體,并在室溫下通過活性炭除去S2F10。

 

3、使SO2在過量的F2中燃燒可生成SF6。反應溫度約650℃,產物在冷阱中凝聚,其中除SF6外主要雜質是SO2F2。純化時將其通過裝有水和熱的10%KOH溶液的洗滌瓶,最后用P4O10干燥。

 

4、元素氟和硫直接反應法。

 

5、直接電解法:將硫、二氯化硫、一氯化硫、二硫化碳或硫化氫等加入到無水氟化氫中,以鎳為陽極進行電解即可制得六氟化硫。用硫化氫與無水氫氟酸電解時,以鎳作極,鐵作陰極,溫度為-10~20℃,電壓為7~20V。電解產物應除去雜質;催化氧化法 金屬氧化物為催化劑,于300℃下,用空氣氧化四氟化硫,該法缺點是收率過低。

 

6、熱解法:在500~2000℃使SF4熱解,但該法的轉換率及收率皆低,采用微波放電分解SF4亦可。氟化鈷法 將硫磺或其他硫化物在三氟化鈷和二氯化鈷存在下與過量氟作用以制備六氟化硫。二氧化硫與氟燃燒法。

 

7、聯產法:氯氟代甲烷和六氟化硫聯產,氟化碳(COF2)與六氟化硫聯產。

 

 

 

 

 

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