- 頭條氨氣可有效提高六氟化硫的降解率2020-10-17 作者：李亞龍、張曉星、崔兆侖、肖焓艷、張國治 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語武漢大學電氣與自動化學院、湖北工業大學太陽能高效利用及儲能運行控制湖北省重點實驗室、輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室（重慶大學）的研究人員李亞龍、張曉星、崔兆侖、肖焓艷、張國治，在2019年第24期《電工技術學報》上撰文（論文題目為“NH3對DBD降解SF6影響的試驗研究”）指出，NH3能夠促進SF6分解，提高SF6的降解率和降解效率。
武漢大學電氣與自動化學院、湖北工業大學太陽能高效利用及儲能運行控制湖北省重點實驗室、輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室（重慶大學）的研究人員李亞龍、張曉星、崔兆侖、肖焓艷、張國治，在2019年第24期《電工技術學報》上撰文（論文題目為“NH3對DBD降解SF6影響的試驗研究”）指出，NH3能夠促進SF6分解，提高SF6的降解率和降解效率。
隨著SF6在電力工業中的大量使用，氣體絕緣設備產生的SF6廢氣急劇增加，未經處理的SF6廢氣會對環境產生嚴重影響，因此對SF6進行處理就顯得尤為重要。本文基于介質阻擋放電（DBD）等離子體技術在NH3的協同作用下對SF6進行降解處理。其中，NH3和SF6的體積分數比為1:1時具有最好的協同促進作用，90W輸入功率下可以使體積分數為2%的SF6在50mL/min的流速下降解率達到97.5%；同時NH3參與下也會使SF6分解更加徹底，析出固態S單質、[NH4]2SO4、NH4F和NH4HF2；氣體產物主要有SiF4、SiH4、SO2F2、SO2、SOF4、SOF2、S2F10、SF4及氮氧化物（NOx）等。
SF6因其優良的絕緣和滅弧性能備受電力行業青睞，近年來得到了廣泛的應用。同時，SF6具有穩定的化學性質，不易與其他物質發生反應，排放到大氣的SF6大約需要3200年才能發生自然分解。SF6因其高溫室效應潛在值（Global Warming Potential，GWP）在1997年的《京都議定書》中被列為溫室氣體行列，因近年來由于SF6氣體在電力行業中大量使用，大氣中的SF6氣體含量急劇上升，對環境的影響也逐漸顯現出來，因此，對廢棄的SF6氣體進行處理就顯得尤為重要。
國內外學者針對SF6的處理進行了大量研究，目前的處理方式主要有回收循環再利用、光降解、熱分解、等離子體降解等。其中回收循環再利用法主要是用回收裝置將SF6氣體壓縮到儲氣罐中，然后通過一系列凈化處理后才能被再次使用，回收裝置價格昂貴且回收處理后的SF6氣體無法達到新氣的標準。
光降解主要采用苯乙烯、polyisoprene等光敏材料，在陽光或紫外光照射下與SF6發生反應，實現分解。光解的產物一般無毒，但是反應時間較長，處理效率較低。熱降解主要是用金屬氧化物和金屬磷酸鹽等材料，在800～1200K的高溫條件下對SF6實現熱分解，SF6經過熱分解主要產生SO2、SO3、SO2F2和SiF4等產物，熱分解的產物相對可控，但是需要的溫度條件比較高，并且處理速度相對緩慢。
等離子體降解法主要利用等離子體區域中的活性物質與SF6分子作用，使其化學鍵斷裂形成小的粒子碎片，并與其他粒子結合成穩定的化合物達到降解SF6的目的。常用的等離子體有射頻（Radio Frequency，RF）等離子體、微波（microwave）等離子體、介質阻擋放電（Dielectric Barrier Discharge, DBD）等離子體等。
其中，微波放電和射頻放電可以在放電環境內產生熱等離子體，在短時間內可以對大量SF6進行分解，但是其設備相對復雜，且放電環境具有一定危險性，不太適合工業領域應用。近年來，介質阻擋放電作為一種低溫等離子體放電，因其具有放電結構簡單、放電密度大等特點，被廣泛運用于VOCs等工業廢氣的處理中。
How等在2004年采用DBD放電對SF6進行分解處理，并研究了外加O2、H2O、C2H4對降解率的影響。Zhuang等在2014年改進了DBD放電反應器的結構，提高了SF6處理的效率。Zhang等研究了DBD放電處理SF6、CF4和SF5CF3三種氣體，分析了載氣類型和濕度對降解過程的影響。但目前關于NH3對DBD等離子體降解SF6的研究尚未見報道。
圖1 DBD等離子體降解SF6試驗平臺示意圖
圖2 DBD等離子體降解裝置簡化圖
圖3 不同體積分數NH3對SF6降解率的影響
圖4 不同體積分數NH3參與SF6降解時的能量效率
結論
NH3作為一種還原性氣體，在降解SF6的過程中加入NH3，能夠在放電區域內與SF6的初級降解產物結合，有效地阻斷SF6初級分解產物復合生成SF6的過程。利用上述原理，本文設計了一套NH3協同DBD等離子體降解SF6的試驗平臺，研究了NH3對SF6降解率的影響。試驗現象表明，NH3在參與SF6的降解過程中能有效提高SF6的降解率，并在反應器壁上析出白色晶體和黃色固體。
1）NH3對SF6的分解有促進作用，極大地提高SF6的降解率。其中，體積分數為2%的NH3參與下對體積分數為2%的SF6促進效果最好，在50mL/min流速下，輸入功率為90W時降解率達到了97.5%，能量效率也最高。
2）NH3參與下使SF6降解更加徹底，能夠把硫元素還原為硫單質。研究中產生的固體析出物檢測結果表明固體中含有NH4F、NH4HF、[NH4]2SO4和S單質。
3）NH3參與下使SF6降解產物也更加復雜，對于調控分解產物的生成速率起很大作用。氣體產物主要有SiF4、SiH4、SO2F2、SO2、SOF4、SOF2、S2F10、SF4以及氮氧化物（NOx）等。
