¿Por qué combinar la separación por membrana con la purificación criogénica para la recuperación de SF₆?
Introducción
La recuperación de SF₆ de GIS, GIL, interruptores automáticos y otros equipos de alto voltaje es cada vez más importante tanto para la reutilización del gas como para la reducción de emisiones. Sin embargo, recuperar SF₆ no es simplemente una cuestión de recolectar el gas. Cuando el SF₆ se ha mezclado con nitrógeno, aire u otros gases durante el mantenimiento del equipo, el transporte o el reemplazo de gas, el gas recuperado puede requerir una mayor separación y purificación antes de poder reutilizarse.
Se pueden aplicar diferentes tecnologías de separación a mezclas de gases que contienen SF₆, incluida la separación por membrana y la separación a baja temperatura. Cada tecnología tiene sus propias ventajas y limitaciones.
Por esta razón, KSTONE ha desarrollado un enfoque híbrido que combina la recuperación de SF₆ asistida por membrana con purificación a ultratemperatura.
En lugar de depender de un solo principio de separación, las dos tecnologías realizan funciones complementarias: la purificación criogénica proporciona la separación primaria de alta pureza, mientras que la separación por membrana ayuda a recuperar el SF₆ residual del gas restante
.
¿Por qué la separación de SF₆ es más desafiante que la simple recuperación de gas?
La composición del gas recuperado puede variar significativamente según la aplicación.
Durante el mantenimiento de GIS o GIL, por ejemplo, el SF₆ puede recuperarse junto con nitrógeno o aire. En algunas aplicaciones, la mezcla de gases puede contener una concentración relativamente alta de SF₆, mientras que en otras, la concentración de SF₆ puede ser mucho menor.
Esto crea dos requisitos diferentes.Primero, el proceso necesita .
.Segundo, el proceso necesita .
.
Estos dos objetivos están relacionados, pero no son exactamente lo mismo.
Una tecnología que es eficaz para enriquecer SF₆ no es necesariamente la tecnología más eficaz para lograr una alta pureza final. Por el contrario, un proceso diseñado para la separación de alta pureza puede no ser la forma más eficiente de recuperar cantidades traza de SF₆ de un gran volumen de gas residual.
Aquí es donde un proceso combinado se vuelve valioso.
¿Qué puede hacer la separación por membrana?
La separación por membrana utiliza diferencias en la permeabilidad del gas para transportar selectivamente ciertos componentes gaseosos a través de una membrana.Para mezclas que contienen SF₆, la tecnología de membrana se puede utilizar para enriquecer y recuperar SF₆
, particularmente cuando la corriente de gas contiene una concentración relativamente baja de SF₆.
Una de las ventajas de la separación por membrana es que puede operar continuamente sin requerir un proceso de separación de cambio de fase convencional. Por lo tanto, puede servir como una etapa de recuperación efectiva para el SF₆ residual.
Sin embargo, la separación por membrana tiene limitaciones prácticas cuando se espera que realice todo el proceso de purificación por sí sola.
Lograr tanto una pureza de SF₆ extremadamente alta como una concentración de SF₆ muy baja en el gas restante puede requerir múltiples etapas de membrana, compresión adicional y un control de proceso más complejo.
Por lo tanto, KSTONE no trata la separación por membrana como el único mecanismo de purificación.En cambio, se utiliza donde proporciona el mayor valor:
recuperando el SF₆ que permanece en la corriente de gas después de la etapa de purificación primaria
.
¿Por qué utilizar la purificación a ultratemperatura?
Las propiedades físicas del SF₆ son significativamente diferentes de las de gases como el nitrógeno y el oxígeno.
A temperaturas suficientemente bajas y bajo condiciones de presión controladas, el SF₆ puede experimentar un cambio de fase mientras que otros componentes permanecen en un estado físico diferente.Esta diferencia en el comportamiento de fase proporciona otro mecanismo para separar el SF₆ de otros gases..
la purificación a ultratemperatura
.
En lugar de depender completamente de las diferencias en la permeabilidad de la membrana, el proceso aprovecha las diferentes características de cambio de fase de los componentes gaseosos.
El resultado es un mecanismo de separación particularmente adecuado para obtener una alta concentración de SF₆.
En otras palabras:
La separación por membrana utiliza diferencias en la permeabilidad.
La purificación criogénica utiliza diferencias en el comportamiento de fase física.
Estos son principios de separación fundamentalmente diferentes, por eso pueden complementarse.
¿Por qué combinar las dos tecnologías?
La idea clave detrás de la tecnología híbrida de KSTONE no es hacer que la separación por membrana y la purificación criogénica realicen el mismo trabajo.
En cambio, a cada tecnología se le asigna un rol específico.
1. Purificación criogénica para separación primaria
La etapa de ultratemperatura realiza la purificación primaria del gas que contiene SF₆.
Al utilizar las diferentes características de cambio de fase del SF₆ y otros componentes gaseosos, el SF₆ se puede separar y concentrar a un alto nivel de pureza.
Por lo tanto, esta etapa es responsable del rendimiento principal de purificación.
2. Separación por membrana para la recuperación de SF₆ residual
Incluso después del proceso de purificación primaria, el gas restante aún puede contener una pequeña cantidad de SF₆.
En lugar de permitir que este SF₆ permanezca en la corriente de gas residual, KSTONE utiliza la recuperación asistida por membrana para capturar y concentrar aún más el SF₆ restante.
El SF₆ recuperado puede luego devolverse al proceso de recuperación.
3. Reducción de la pérdida de SF₆
La combinación de las dos tecnologías crea un bucle de recuperación.
La etapa criogénica se enfoca en la separación de SF₆ de alta pureza, mientras que la etapa de membrana ayuda a recuperar el SF₆ que de otro modo permanecería en el gas residual.
Este enfoque puede reducir la pérdida de SF₆ y mejorar la eficiencia general de recuperación de gas del sistema.
Una forma diferente de ver el proceso
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Gas mixto que contiene SF₆
↓
↓
Separación por cambio de fase a ultratemperatura
↓
↓
Gas residual que contiene una pequeña cantidad de SF₆
↓
Recuperación de SF₆ asistida por membrana
↓
SF₆ recuperado devuelto al procesoEl punto importante es que la membrana no se coloca simplemente delante del sistema criogénico como un filtro genérico adicional.
Se integra en la estrategia general de recuperación para abordar un desafío de ingeniería específico:
recuperar el SF₆ residual después de la etapa de purificación primaria
.
¿Por qué no usar solo la separación por membrana?
Una sola tecnología rara vez proporciona la solución óptima para cada etapa de separación de gases.
Para la recuperación de SF₆, la separación por membrana puede proporcionar un rendimiento útil de enriquecimiento y recuperación, pero dependiendo de la composición del gas y la pureza del producto requerida, lograr una pureza de SF₆ muy alta solo mediante separación por membrana puede requerir etapas y equipos de proceso adicionales.
La purificación criogénica, por otro lado, proporciona un potente mecanismo físico para separar el SF₆ basándose en su comportamiento de fase, pero el gas residual que sale de la etapa de separación primaria aún puede contener SF₆ recuperable.
El enfoque híbrido aborda estas dos limitaciones desde direcciones opuestas.
La purificación criogénica se enfoca en la pureza del producto.
La recuperación asistida por membrana se enfoca en minimizar la pérdida de SF₆ residual.
Juntos, crean una estrategia de recuperación más completa.
De la recuperación de SF₆ a la reutilización de SF₆El objetivo final de la recuperación de SF₆ no es simplemente recolectar el gas.El gas recuperado debe procesarse, probarse y gestionarse de acuerdo con su composición real y los requisitos de la aplicación prevista.
Con un sistema de recuperación y purificación adecuadamente diseñado, el SF₆ recuperado se puede concentrar a un alto nivel de pureza. El sistema de KSTONE está diseñado para lograr
hasta un 99,99% de pureza de SF₆ bajo condiciones de operación especificadas..
Esto cambia el papel de un sistema de recuperación de SF₆ de un simple dispositivo de recolección de gas residual a un
sistema de recuperación y reutilización de gas
.
- Concepto de purificación híbrida de KSTONEEl enfoque de KSTONE, por lo tanto, se puede resumir en tres palabras:
- Separar. Recuperar. Reutilizar.Separar:
- Utilizar la purificación por cambio de fase a ultratemperatura para lograr la separación primaria de SF₆ de otros gases.Recuperar:
Utilizar tecnología asistida por membrana para recuperar el SF₆ residual del flujo de gas restante.
Reutilizar:
Concentrar y purificar el SF₆ recuperado para su posterior almacenamiento, prueba y posible reutilización.
Esta combinación permite que cada tecnología realice la tarea para la que es más adecuada.En lugar de pedir a una tecnología que resuelva todos los problemas de separación, KSTONE integra diferentes principios de separación física en un sistema de recuperación diseñado..
El desafío de la recuperación de SF₆ no es simplemente cómo recuperar gas de equipos eléctricos. El mayor desafío de ingeniería es cómo
separar eficientemente el SF₆, obtener gas de alta pureza y minimizar el SF₆ que queda en la corriente de gas residual.
La separación por membrana y la purificación criogénica abordan diferentes partes de este desafío.La purificación a ultratemperatura
proporciona la separación primaria de alta pureza al utilizar diferencias en el comportamiento de cambio de fase.La separación asistida por membrana.
Al combinar estas dos tecnologías, KSTONE crea un enfoque híbrido diseñado en torno a la pureza de SF₆ y la eficiencia general de recuperación.
Para aplicaciones GIS y GIL a gran escala, esta tecnología proporciona un camino desde la recuperación convencional de gas SF₆ hacia un concepto más completo de