Perché combinare la separazione a membrana con la purificazione criogenica per il recupero dell'SF₆?
Introduzione
Il recupero di SF₆ da GIS, GIL, interruttori automatici e altre apparecchiature ad alta tensione è sempre più importante sia per il riutilizzo del gas che per la riduzione delle emissioni. Tuttavia, il recupero di SF₆ non è semplicemente una questione di raccolta del gas. Quando l'SF₆ è stato miscelato con azoto, aria o altri gas durante la manutenzione dell'apparecchiatura, il trasporto o la sostituzione del gas, il gas recuperato potrebbe richiedere un'ulteriore separazione e purificazione prima di poter essere riutilizzato.
È possibile applicare diverse tecnologie di separazione alle miscele di gas contenenti SF₆, inclusa la separazione a membrana e la separazione a bassa temperatura. Ogni tecnologia ha i suoi vantaggi e limiti.
Per questo motivo KSTONE ha sviluppato un approccio ibrido che uniscerecupero dell'SF₆ assistito da membrana con purificazione a temperatura ultrabassa.
Invece di basarsi su un solo principio di separazione, le due tecnologie svolgono funzioni complementari:la purificazione criogenica fornisce la separazione primaria ad elevata purezza, mentre la separazione a membrana aiuta a recuperare l'SF₆ residuo dal gas rimanente.
Perché la separazione SF₆ è più impegnativa del semplice recupero del gas?
La composizione del gas recuperato può variare in modo significativo a seconda dell'applicazione.
Durante la manutenzione GIS o GIL, ad esempio, l'SF₆ può essere recuperato insieme ad azoto o aria. In alcune applicazioni, la miscela di gas può contenere una concentrazione relativamente elevata di SF₆, mentre in altre la concentrazione di SF₆ può essere molto inferiore.
Ciò crea due requisiti diversi.
Innanzitutto, il processo deveconcentrare e purificare l'SF₆ a un livello adatto per un ulteriore utilizzo.
In secondo luogo, il processo deve farloridurre al minimo la quantità di SF₆ rimanente nel flusso di gas non SF₆.
Questi due obiettivi sono correlati, ma non sono esattamente la stessa cosa.
Una tecnologia efficace nell’arricchire l’SF₆ non è necessariamente la tecnologia più efficace per ottenere un’elevata purezza finale. Al contrario, un processo progettato per la separazione ad elevata purezza potrebbe non essere il modo più efficiente per recuperare tracce di SF₆ da un grande volume di gas residuo.
È qui che un processo combinato diventa prezioso.
Cosa può fare la separazione a membrana?
La separazione a membrana utilizza le differenze nella permeabilità del gas per trasportare selettivamente alcuni componenti del gas attraverso una membrana.
Per le miscele contenenti SF₆ è possibile utilizzare la tecnologia a membranaarricchire e recuperare SF₆, in particolare quando il flusso di gas contiene una concentrazione relativamente bassa di SF₆.
Uno dei vantaggi della separazione a membrana è che può funzionare in continuo senza richiedere un processo di separazione convenzionale a cambiamento di fase. Può quindi fungere da fase di recupero efficace per l'SF₆ residuo.
Tuttavia, la separazione tramite membrana presenta limitazioni pratiche quando si prevede che esegua da sola l'intero processo di purificazione.
Il raggiungimento sia di una purezza estremamente elevata di SF₆ che di una concentrazione di SF₆ molto bassa nel gas rimanente può richiedere più stadi a membrana, compressione aggiuntiva e controllo del processo più complesso.
Pertanto, KSTONE non considera la separazione della membrana come unico meccanismo di purificazione.
Viene invece utilizzato dove fornisce il massimo valore:recuperare l'SF₆ che rimane nel flusso di gas dopo la fase di purificazione primaria.
Perché utilizzare la purificazione a temperatura ultrabassa?
Le proprietà fisiche dell'SF₆ sono significativamente diverse da quelle di gas come azoto e ossigeno.
A temperature sufficientemente basse e in condizioni di pressione controllata, l'SF₆ può subire un cambiamento di fase mentre altri componenti rimangono in uno stato fisico diverso.
Questa differenza nel comportamento di fase fornisce un altro meccanismo per separare l'SF₆ dagli altri gas.
KSTONE utilizza questo principio attraversopurificazione a temperatura ultrabassa.
Invece di dipendere interamente dalle differenze nella permeabilità della membrana, il processo sfrutta le diverse caratteristiche di cambiamento di fase dei componenti del gas.
Il risultato è un meccanismo di separazione particolarmente adatto per ottenere un'elevata concentrazione di SF₆.
In altre parole:
La separazione della membrana utilizza differenze di permeabilità.
La purificazione criogenica sfrutta le differenze nel comportamento della fase fisica.
Si tratta di principi di separazione fondamentalmente diversi, motivo per cui possono completarsi a vicenda.
Perché combinare le due tecnologie?
L'idea chiave alla base della tecnologia ibrida di KSTONE non è quella di fare in modo che la separazione a membrana e la purificazione criogenica svolgano lo stesso lavoro.
A ciascuna tecnologia viene invece assegnato un ruolo specifico.
1. Purificazione criogenica per la separazione primaria
Lo stadio a temperatura ultrabassa esegue la purificazione primaria del gas contenente SF₆.
Utilizzando le diverse caratteristiche di cambiamento di fase dell'SF₆ e di altri componenti del gas, l'SF₆ può essere separato e concentrato fino a un livello di purezza elevato.
Questa fase è quindi responsabile delle principali prestazioni depurative.
2. Separazione a membrana per il recupero dell'SF₆ residuo
Anche dopo il processo di purificazione primaria, il gas rimanente può contenere ancora una piccola quantità di SF₆.
Invece di consentire a questo SF₆ di rimanere nel flusso di gas residuo, KSTONE utilizza il recupero assistito da membrana per catturare e concentrare ulteriormente il restante SF₆.
L'SF₆ recuperato può quindi essere reimmesso nel processo di recupero.
3. Ridotta perdita di SF₆
La combinazione delle due tecnologie crea un ciclo di recupero.
Lo stadio criogenico si concentra sulla separazione dell'SF₆ ad elevata purezza, mentre lo stadio a membrana aiuta a recuperare l'SF₆ che altrimenti rimarrebbe nel gas residuo.
Questo approccio può ridurre la perdita di SF₆ e migliorare l’efficienza complessiva di recupero del gas del sistema.
Un modo diverso di guardare al processo
La tecnologia ibrida può essere intesa attraverso una semplice divisione delle responsabilità:
Gas misto contenente SF₆
↓
Purificazione primaria
Separazione a cambiamento di fase a temperatura ultrabassa
↓
SF₆ ad elevata purezza
Gas residuo contenente una piccola quantità di SF₆
↓
Recupero di SF₆ assistito da membrana
↓
Gli SF₆ recuperati sono tornati al processo
L'importante è che la membrana non venga semplicemente posizionata davanti al sistema criogenico come ulteriore filtro generico.
È integrato nella strategia di ripristino complessiva per affrontare una specifica sfida ingegneristica:recupero dell'SF₆ residuo dopo la fase di purificazione primaria.
Perché non utilizzare solo la separazione a membrana?
Raramente una singola tecnologia fornisce la soluzione ottimale per ogni fase della separazione del gas.
Per il recupero dell'SF₆, la separazione a membrana può fornire utili prestazioni di arricchimento e recupero, ma a seconda della composizione del gas e della purezza del prodotto richiesta, il raggiungimento di una purezza molto elevata dell'SF₆ attraverso la sola separazione a membrana può richiedere fasi aggiuntive e apparecchiature di processo.
La purificazione criogenica, d'altro canto, fornisce un potente meccanismo fisico per separare l'SF₆ in base al suo comportamento di fase, ma il gas residuo che esce dallo stadio di separazione primaria può ancora contenere SF₆ recuperabile.
L’approccio ibrido affronta queste due limitazioni da direzioni opposte.
La purificazione criogenica si concentra sulla purezza del prodotto.
Il recupero assistito da membrana mira a ridurre al minimo la perdita residua di SF₆.
Insieme, creano una strategia di ripresa più completa.
Dal recupero degli SF₆ al riutilizzo degli SF₆
L’obiettivo finale del recupero dell’SF₆ non è semplicemente quello di raccogliere il gas.
Il gas recuperato deve essere trattato, testato e gestito in base alla sua composizione effettiva e ai requisiti dell'applicazione prevista.
Con un sistema di recupero e purificazione opportunamente progettato, l'SF₆ recuperato può essere concentrato fino a raggiungere un elevato livello di purezza. Il sistema KSTONE è progettato per raggiungerepurezza fino al 99,99% di SF₆nelle condizioni operative specificate.
Dopo la purificazione, il gas può essere immagazzinato e successivamente valutato per il riutilizzo secondo i pertinenti requisiti di qualità del gas.
Ciò cambia il ruolo di un sistema di recupero SF₆ da semplice dispositivo di raccolta dei gas di scarico in asistema di recupero e riutilizzo del gas.
Il concetto di purificazione ibrida di KSTONE
L'approccio di KSTONE può quindi essere riassunto in tre parole:
Separato. Recuperare. Riutilizzare.
- Separato:Utilizzare la purificazione a cambiamento di fase a temperatura ultrabassa per ottenere la separazione primaria dell'SF₆ dagli altri gas.
- Recuperare:Utilizzare la tecnologia assistita da membrana per recuperare l'SF₆ residuo dal flusso di gas rimanente.
- Riutilizzo:Concentrare e purificare l'SF₆ recuperato per il successivo stoccaggio, analisi e potenziale riutilizzo.
Questa combinazione consente a ciascuna tecnologia di svolgere il compito per cui è più adatta.
Invece di chiedere a una tecnologia di risolvere ogni problema di separazione, KSTONE integra diversi principi di separazione fisica in un unico sistema di recupero ingegnerizzato.
Conclusione
La sfida del recupero di SF₆ non è semplicemente come recuperare il gas dalle apparecchiature elettriche. La sfida ingegneristica più grande è come farloseparare l'SF₆ in modo efficiente, ottenere gas ad elevata purezza e ridurre al minimo l'SF₆ rimanente nel flusso di gas residuo.
La separazione a membrana e la purificazione criogenica affrontano diversi aspetti di questa sfida.
Purificazione a temperatura ultrabassafornisce la separazione primaria ad elevata purezza utilizzando le differenze nel comportamento del cambiamento di fase.
Separazione assistita da membranafornisce una fase aggiuntiva di recupero dell'SF₆ residuo, contribuendo a ridurre la perdita di gas dopo il processo di purificazione primaria.
Combinando queste due tecnologie, KSTONE crea un approccio ibrido progettato attorno ad entrambePurezza dell'SF₆ ed efficienza complessiva di recupero.
Per applicazioni GIS e GIL su larga scala, questa tecnologia fornisce un percorso dal recupero convenzionale del gas SF₆ verso un concetto più completo diRecupero, purificazione e riutilizzo dell'SF₆.
KSTONE — Progettare un migliore recupero dell'SF₆.