Pourquoi combiner la séparation membranaire et la purification cryogénique pour la récupération du SF₆ ?

Introduction

La récupération du SF₆ des GIS, GIL, disjoncteurs et autres équipements haute tension est de plus en plus importante pour la réutilisation du gaz et la réduction des émissions. Cependant, la récupération du SF₆ n'est pas une simple affaire de collecte du gaz. Lorsque le SF₆ a été mélangé à de l'azote, de l'air ou d'autres gaz lors de la maintenance, du transport ou du remplacement du gaz d'un équipement, le gaz récupéré peut nécessiter une séparation et une purification supplémentaires avant de pouvoir être réutilisé.

Différentes technologies de séparation peuvent être appliquées aux mélanges gazeux contenant du SF₆, y compris la séparation membranaire et la séparation à basse température. Chaque technologie a ses propres avantages et limites.

Pour cette raison, KSTONE a développé une approche hybride qui combine la récupération du SF₆ assistée par membrane avec une purification à ultra-basse température.

Plutôt que de s'appuyer sur un seul principe de séparation, les deux technologies remplissent des fonctions complémentaires : la purification cryogénique assure la séparation primaire de haute pureté, tandis que la séparation membranaire aide à récupérer le SF₆ résiduel du gaz restant

.

Pourquoi la séparation du SF₆ est-elle plus difficile que la simple récupération de gaz ?

La composition du gaz récupéré peut varier considérablement en fonction de l'application.

Lors de la maintenance des GIS ou des GIL, par exemple, le SF₆ peut être récupéré avec de l'azote ou de l'air. Dans certaines applications, le mélange gazeux peut contenir une concentration relativement élevée de SF₆, tandis que dans d'autres, la concentration de SF₆ peut être beaucoup plus faible.

Cela crée deux exigences différentes.Premièrement, le processus doit .

.Deuxièmement, le processus doit .

.

Ces deux objectifs sont liés, mais ils ne sont pas exactement les mêmes.

Une technologie efficace pour enrichir le SF₆ n'est pas nécessairement la technologie la plus efficace pour obtenir une pureté finale élevée. Inversement, un processus conçu pour une séparation de haute pureté peut ne pas être le moyen le plus efficace de récupérer des traces de SF₆ à partir d'un grand volume de gaz résiduel.

C'est là qu'un processus combiné devient précieux.

Que peut faire la séparation membranaire ?

La séparation membranaire utilise les différences de perméabilité des gaz pour transporter sélectivement certains composants gazeux à travers une membrane.Pour les mélanges contenant du SF₆, la technologie membranaire peut être utilisée pour enrichir et récupérer le SF₆

, en particulier lorsque le flux de gaz contient une concentration relativement faible de SF₆.

L'un des avantages de la séparation membranaire est qu'elle peut fonctionner en continu sans nécessiter de processus de séparation à changement de phase conventionnel. Elle peut donc servir d'étape de récupération efficace pour le SF₆ résiduel.

Cependant, la séparation membranaire a des limites pratiques lorsqu'on attend d'elle qu'elle réalise l'intégralité du processus de purification par elle-même.

L'obtention simultanée d'une pureté de SF₆ extrêmement élevée et d'une concentration de SF₆ très faible dans le gaz restant peut nécessiter plusieurs étapes membranaires, une compression supplémentaire et un contrôle de processus plus complexe.

Par conséquent, KSTONE ne traite pas la séparation membranaire comme le seul mécanisme de purification.Au lieu de cela, elle est utilisée là où elle apporte le plus de valeur :

la récupération du SF₆ qui reste dans le flux gazeux après l'étape de purification primaire

.

Pourquoi utiliser la purification à ultra-basse température ?

Les propriétés physiques du SF₆ sont significativement différentes de celles des gaz tels que l'azote et l'oxygène.

À des températures suffisamment basses et dans des conditions de pression contrôlées, le SF₆ peut subir un changement de phase tandis que d'autres composants restent dans un état physique différent.Cette différence de comportement de phase offre un autre mécanisme pour séparer le SF₆ des autres gaz..

purification à ultra-basse température

.

Au lieu de dépendre entièrement des différences de perméabilité membranaire, le processus tire parti des différentes caractéristiques de changement de phase des composants gazeux.

Le résultat est un mécanisme de séparation particulièrement adapté à l'obtention d'une concentration élevée de SF₆.
En d'autres termes :

La séparation membranaire utilise des différences de perméabilité.

La purification cryogénique utilise des différences de comportement de phase physique.

Ce sont des principes de séparation fondamentalement différents, c'est pourquoi ils peuvent se compléter.

Pourquoi combiner les deux technologies ?

L'idée clé derrière la technologie hybride de KSTONE n'est pas de faire en sorte que la séparation membranaire et la purification cryogénique effectuent le même travail.

Au lieu de cela, chaque technologie se voit attribuer un rôle spécifique.

1. Purification cryogénique pour la séparation primaire

L'étape à ultra-basse température effectue la purification primaire du gaz contenant du SF₆.

En utilisant les différentes caractéristiques de changement de phase du SF₆ et des autres composants gazeux, le SF₆ peut être séparé et concentré à un niveau de haute pureté.

Cette étape est donc responsable de la performance de purification principale.

2. Séparation membranaire pour la récupération du SF₆ résiduel

Même après le processus de purification primaire, le gaz restant peut encore contenir une petite quantité de SF₆.

Au lieu de laisser ce SF₆ rester dans le flux de gaz résiduel, KSTONE utilise la récupération assistée par membrane pour capturer et concentrer davantage le SF₆ restant.

Le SF₆ récupéré peut ensuite être renvoyé au processus de récupération.

3. Réduction des pertes de SF₆

La combinaison des deux technologies crée une boucle de récupération.

L'étape cryogénique se concentre sur la séparation du SF₆ de haute pureté, tandis que l'étape membranaire aide à récupérer le SF₆ qui resterait autrement dans le gaz résiduel.

Cette approche peut réduire les pertes de SF₆ et améliorer l'efficacité globale de récupération de gaz du système.

Une autre façon de voir le processus

↓

Gaz mélangé contenant du SF₆

↓

↓

Séparation par changement de phase à ultra-basse température

↓

↓

Gaz résiduel contenant une petite quantité de SF₆

↓

Récupération de SF₆ assistée par membrane

↓

SF₆ récupéré renvoyé au processusLe point important est que la membrane n'est pas simplement placée devant le système cryogénique comme un filtre générique supplémentaire.

Elle est intégrée dans la stratégie de récupération globale pour relever un défi d'ingénierie spécifique :

la récupération du SF₆ résiduel après l'étape de purification primaire

.

Pourquoi ne pas utiliser uniquement la séparation membranaire ?

Une seule technologie fournit rarement la solution optimale pour chaque étape de séparation des gaz.

Pour la récupération du SF₆, la séparation membranaire peut fournir des performances utiles d'enrichissement et de récupération, mais en fonction de la composition du gaz et de la pureté du produit requise, l'obtention d'une pureté de SF₆ très élevée par séparation membranaire seule peut nécessiter des étapes et des équipements de processus supplémentaires.

La purification cryogénique, quant à elle, fournit un puissant mécanisme physique pour séparer le SF₆ en fonction de son comportement de phase, mais le gaz résiduel quittant l'étape de séparation primaire peut encore contenir du SF₆ récupérable.

L'approche hybride aborde ces deux limitations dans des directions opposées.

La purification cryogénique se concentre sur la pureté du produit.

La récupération assistée par membrane se concentre sur la minimisation des pertes de SF₆ résiduel.

Ensemble, elles créent une stratégie de récupération plus complète.

De la récupération du SF₆ à la réutilisation du SF₆L'objectif ultime de la récupération du SF₆ n'est pas simplement de collecter le gaz.Le gaz récupéré doit être traité, testé et géré en fonction de sa composition réelle et des exigences de l'application prévue.

Avec un système de récupération et de purification correctement conçu, le SF₆ récupéré peut être concentré à un niveau de haute pureté. Le système de KSTONE est conçu pour atteindre

jusqu'à 99,99 % de pureté de SF₆ dans des conditions de fonctionnement spécifiées..

Cela transforme le rôle d'un système de récupération de SF₆ d'un simple appareil de collecte de gaz usé en un

système de récupération et de réutilisation de gaz

.

• Concept de purification hybride de KSTONEL'approche de KSTONE peut donc être résumée en trois mots :
• Séparer. Récupérer. Réutiliser.Séparer :
• Utiliser la purification par changement de phase à ultra-basse température pour réaliser la séparation primaire du SF₆ des autres gaz.Récupérer :

Utiliser la technologie assistée par membrane pour récupérer le SF₆ résiduel du flux de gaz restant.

Réutiliser :

Concentrer et purifier le SF₆ récupéré pour un stockage, des tests et une réutilisation potentielle ultérieurs.

Cette combinaison permet à chaque technologie d'accomplir la tâche pour laquelle elle est la plus adaptée.Plutôt que de demander à une seule technologie de résoudre tous les problèmes de séparation, KSTONE intègre différents principes de séparation physique dans un système de récupération conçu..

Le défi de la récupération du SF₆ n'est pas simplement de savoir comment récupérer le gaz des équipements électriques. Le plus grand défi d'ingénierie est de savoir comment

séparer efficacement le SF₆, obtenir un gaz de haute pureté et minimiser le SF₆ restant dans le flux de gaz résiduel.

La séparation membranaire et la purification cryogénique abordent différentes parties de ce défi.La purification à ultra-basse température

assure la séparation primaire de haute pureté en utilisant les différences de comportement de changement de phase.La séparation assistée par membrane.

En combinant ces deux technologies, KSTONE crée une approche hybride conçue autour de la pureté du SF₆ et de l'efficacité globale de récupération.

Pour les applications GIS et GIL à grande échelle, cette technologie offre une voie de la récupération conventionnelle de gaz SF₆ vers un concept plus complet de