一种气体分离回收系统和混合气体实验用气路

摘要

本发明涉及一种气体分离回收系统和混合气体实验用气路，气体分离回收系统包括气体分离管路、设置于气体分离管路上的气体分离装置和用于存放分离后各气体的分离气体存气罐，各分离气体存气罐上设有用于与供气系统的储气罐连通的储气罐进气管路或者各分离气体存气罐共同连通有混气罐，混气罐上设有用于与混合气体实验设备连通的混合气体实验设备连通管路，当实验需要不同比例的混合气体时，通过气体分离回收系统将混合气体分离提纯，并分别存放在对应的分离气体存气罐中，可以为下次混合气体的实验作为各自纯气体的气源使用，大大降低了实验成本，且不会污染环境。

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体分离回收系统和混合气体实验用气路。

背景技术

在混合气体断路器中，混合气体的性能对断路器具有至关重要的影响，因此混合气体的性能实验研究得到广泛关注。在混合气体实验研究中，需要制备不同混合比例的混合气体，目前常用的混合气体实验用气路多采用主气体流路与附加气体流路相结合的手段，将附加气体添加到主气体中，通过混合主气体与附加气体生成混合气体，但是缺乏后续的混合气体回收处理，尤其是对于一些特殊的气体，例如六氟化硫气体，其温室效应严重，其全球变暖系数（GWP）是CO2气体的23900倍，当需要更换不同比例的缓和气体时将混合气体排出到大气中，造成严重的温室效应。申请公布号为CN 105699366 A的中国发明专利申请中记载了一种SF6混合气体等离子体光谱测量装置及方法，包括具有储气罐的供气系统，供气系统包括SF6气瓶、另一种气体气瓶和连接以上各气瓶和储气罐的气路，储气罐具有出气口和回气口，回气口与混合气体实验设备通过回收管路连通，出气口与混合气体实验设备通过进气管路连通，回收管路与进气管路共用一端压缩管路，压缩管路上设有压缩机，储气罐用于实验前气体的充分混合且能够存放实验后的混合气体，当需要更换不同比例的混合气体时，需要将储气罐中回收的气体排空处理，重新由两个气瓶中的气体按照所需比例进行混合，实验完成后的混合气体无法回收利用，导致实验气体的浪费，且提高了实验成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合气体实验用气路，以解决现有技术中当需要不同比例的混合气体时上一次实验后的混合气体无法回收利用导致气体浪费且成本较高的问题；同时本发明的目的还在于提供一种该混合气体实验用气路所使用的气体分离回收系统。

为实现上述目的，本发明一种气体分离回收系统的技术方案是：一种气体分离回收系统，包括气体分离管路、设置于气体分离管路上的气体分离装置和用于存放分离后各气体的分离气体存气罐，各分离气体存气罐上设有用于与供气系统的储气罐连通的储气罐进气管路或者各分离气体存气罐共同连通有混气罐，混气罐上设有用于与混合气体实验设备连通的混合气体实验设备连通管路。

所述气体分离装置为低温精馏装置。

各分离气体存气罐上设有用于与供气系统的储气罐连通的储气罐进气管路，所述气体分离管路上于气体分离装置的上游设有用于将混合气体实验装置内和/或储气罐中的混合气体进行分离前收集的集气罐。

所述混气罐上设有两端均与混气罐连通的混合管路，混合管路上设有气体混合压缩机。

本发明的一种混合气体实验用气路的技术方案是：一种混合气体实验用用气路，包括具有储气罐的供气系统，还包括气体分离回收系统，气体分离回收系统包括气体分离管路、设置于气体分离管路上的气体分离装置和用于存放分离后各气体的分离气体存气罐，各分离气体存气罐上设有与供气系统的储气罐连通的储气罐进气管路或者各分离气体存气罐共同连通有混气罐，混气罐上设有用于与混合气体实验设备连通的混合气体实验设备连通管路。

所述气体分离装置为低温精馏装置。

所述供气系统还包括至少两个用于存放不同气体的气瓶，各气瓶通过三通接头与相应的储气罐进气管路连通，各气瓶的出口设有气瓶开关阀，储气罐进气管路上于三通接头的另外两端均设置有开关阀。

各分离气体存气罐上设有用于与供气系统的储气罐连通的储气罐进气管路，所述气体分离管路上于气体分离装置的上游设有用于将混合气体实验装置内和/或储气罐中的混合气体进行分离前收集的集气罐。

各所述分离气体存气罐与气体分离装置之间均设置有气体分离压缩机。

所述储气罐上设有两端均与储气罐连通的用于使储气罐内的混合气体充分混合的混合管路，混合管路上设有气体混合压缩机。

本发明的有益效果是：当实验需要不同比例的混合气体时，通过气体分离回收系统将混合气体分离提纯，并分别存放在对应的分离气体存气罐中，各分离气体存气罐通过混气罐与混合气体实验装置连通或者各分离气体存气罐与供气系统的储气罐连通，可以为下次混合气体的实验作为各自纯气体的气源使用，大大降低了实验成本，且不会污染环境。

附图说明

图1为本发明的一种混合气体实验用气路的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。本发明的一种混合气体实验用气路的具体实施例，以六氟化硫气体和四氟化碳气体为例，如图1所示，包括供气系统和气体分离回收系统，供气系统包括具有储气罐1、供气管路、用于盛放六氟化硫气体的第一气瓶17、用于盛放四氟化碳气体的第二气瓶16、储气罐进气管路（14、15）、回气管路和混合管路5。储气罐1具有回气口3、出气口2和两个进气口，供气管路一端与储气罐1的出气口2连通，一端与混合气体实验设备9连通，供气管路上设有第一压缩机6和冷凝器7，供气管路上于冷凝器7的下游与储气罐1的回气口3连通，此时储气罐1中的气体可以由储气罐1的出气口2出来经过压缩机6和冷凝器7由回气口3回到储气罐1中，出气口2设于储气罐1的底部，回气口3设于储气罐1的顶部，这样可以使储气罐1中没有充分混合的且位于储气罐下部的较重的气体重新混合，保证四氟化碳和六氟化硫气体的充分快速混合。供气管路上于储气罐1的出气口2的下游设有第一开关阀8，供气管路上于回气口3的上游设有第二开关阀4，第一开关阀8、第二开关阀4、第一压缩机6和冷凝器7及之间的气路形成混合管路，此时第一压缩机6亦为气体混合压缩机。

混合气体实验设备9与混合气体实验用气路之间通过管路接头10连接，回气管路的一端与供气管路连通，另一端与储气罐1的回气口3连通，回气管路与混合管路共用由第一压缩机6和冷凝器7形成的压缩管路，回气管路上设有第三开关阀12和回气过滤装置13，供气管路上于管路接头10和第三开关阀12之间设有第四开关阀11。供气管路与回气管路之间设有中间管路，中间管路的一端与供气管路连通，中间管路的另一端与第一压缩机6的上游连通，中间管路上设有第五开关阀40。中间管路的作用是当供气管路中的气体稍微过量时，可以将多余的少量的混合气体排入中间管路中。

气体分离回收系统包括气体分离管路18、设置于气体分离管路15上的气体分离装置和用于存放分离后各气体的分离气体存气罐。气体分离管路18的一端与供气管路连通，供气管路具有与气体分离管理连接的连接处A，供气管路上于上述连接处A的上游设有第六开关阀42，供气管路上于中间管路的上游、上述连接处A的下游之间设置有第七开关阀41。供气管路上设有第一测量管路，第一测量管路上设有热偶真空计38和热偶真空计开关阀39。

气体分离装置为低温精馏装置19，分离气体存气罐包括第一存气罐33和第二存气罐26，第一存气罐33与低温精馏装置19之间设有第一气体分离压缩机32和第八开关阀31，第一气体分离压缩机32和第八开关阀31及相应管道形成第一分离支路，第二存气罐26与低温精馏装置19之间设有第二气体分离压缩机25和第九开关阀24，第二气体分离压缩机25和第九开关阀24及相应管道形成第二分离支路。气体分离管路18上于低温精馏装置19的上游设置有混合气体过滤装置46，气体分离管路18上于混合气体过滤装置46的上游设有集气罐23，气体分离管路18上于集气罐23与混合气体过滤装置46之间设有第十开关阀21，气体分离管路18上于集气罐23的上游设有第十一开关阀45和第十二开关阀43。第一存气罐33通过储气罐第一进气管路14与储气罐1连通，第二存气罐26通过储气罐第二进气管路15与储气罐1连通，第一气瓶17与存气罐第一进气管路14连通，第一气瓶17的出口设有第一气瓶开关阀37，储气罐第一进气管路14上于第一气瓶17的两侧设有第十三开关阀36和第十四开关阀35，储气罐第一进气管路14上于第一气瓶开关阀37与第十三开关阀36的下游并于第十四开关阀35的上游设有第一流量计34，第二气瓶16与存气罐第二气管路15连通，第二气瓶16的出口设有第二气瓶开关阀30，储气罐第二进气管路15上于第二气瓶16的两侧设有第十五开关阀28和第十六开关阀29，储气罐第二进气管路15上于第二气瓶开关阀30与第十五开关阀28的下游并于第十六开关阀29的上游设有第二流量计27。储气罐1上设有储气罐压力表。

气体分离管路18的另一端设置有真空泵22，气体分离管路18上于真空泵22的上游设有真空泵开关阀48和抽真空过滤装置47，气体分离管路18上还设有真空表20，气体分离管路18上于第十一开关阀45和第十二开关阀43之间设有气体分离管路压力表44。此时设有真空泵22的气体分离管路18同时形成抽真空管路。

本发明的实验用气路具有以下工作过程和功能：

（1）对实验用气路抽真空。打开真空泵22、真空泵开关阀48、第十一开关阀45、第十开关阀21、第十二开关阀43、第六开关阀42、第二开关阀4和第五开关阀40，并关闭实验设备管路上的管路接口10，当真空表20测量的压强显示为零时，打开热偶真空计开关阀39，用热偶真空计38进行真空度检测，热偶真空计38指针稳定后，关闭热偶真空计开关阀39，并关闭第六开关阀42、第十二开关阀43、第二开关阀4、第十一开关阀45、第十开关阀21、第五开关阀40、真空泵开关阀48和真空泵B3。由于真空泵B3不能完全将储气罐1和各管路中的其他气体抽出，需要气体的置换，开启第二气瓶开关阀30和第十六开关阀29，第二气瓶16向储气罐1中充入四氟化碳气体进行气体置换，再反复以上抽真空步骤，四氟化碳气体在经过抽真空排放管路中出口时由抽真空过滤装置47吸收，如此反复换气两次后，再对储气罐1和各管路进行再次的抽真空，此时储气罐1和各管路中除了残留的很少一点四氟化碳气体外，其他气体均被完全排除，对实验结果影响很小。

（2）对气体分离回收系统抽真空。打开真空泵22、真空泵开关阀48、第八开关阀31、第九开关阀24，当真空表20测量的压强显示为零时，进行气体置换。打开第一气瓶上的第十三开关阀36、第一气瓶开关阀37、第十五开关阀28、第二气瓶开关阀30对提气体分离管路进行气体置换，再反复以上抽真空步骤，六氟化硫气体与四氟化碳气体在经过抽真空排放管路中出口时由抽真空过滤装置47吸收，如此反复换气两次后，再对第一存气罐33、第二存气罐26和各管路进行再次的抽真空，此时第一存气罐33、第二存气罐26中分别残留很少一点六氟化硫气体与四氟化碳气体，对实验结果无影响。

（3）气体混合。打开第一气瓶开关阀37、第二气瓶开关阀30、第十四开关阀35、第十六开关阀29，向储气罐1中充入混合气体，并通过第一流量计34和第二流量计27控制其混合比例，当储气罐压力表达到设定值时即储气罐1中的气体量达到需求时。关闭第十四开关阀35、第十六开关阀29、第一气瓶开关阀37、第二气瓶开关阀30。打开第一开关阀8、第二开关阀4，启动混合气体压缩机，储气罐1中混合气体较重成分由储气罐1下方的出气口2流经混合气体压缩机，由储气罐1上方回气口3回到储气罐1中，实现气体的快速混合，混合后，关闭混合气体压缩机，并关闭第一开关阀8、第二开关阀4，气体混合完成。

（4）对混合气体实验设备抽真空。打开第四开关阀11、第七开关阀41、第十一开关阀45、第十开关阀21、第十二开关阀43、真空泵开关阀48、真空泵22，接通管路接头10，当真空表20指向为-0.1时，打开热偶真空计开关阀39，观察热偶真空计38的示数，热偶真空计38稳定在20Pa以下后，关闭第四开关阀11、第七开关阀41、第十一开关阀45、第十开关阀21、第十二开关阀43、真空泵开关阀48、真空泵22，完成混合气体实验设备的抽真空。

（5）对混合气体实验设备加压充气。打开第一开关阀8、第六开关阀42、第七开关阀41、第十二开关阀43、第四开关阀11、混合气体压缩机，将储气罐1中的混合气体充入混合气体实验设备9中，当气体分离管路压力表44的示数达到设定值时，关闭第一开关阀8、第六开关阀42、第七开关阀41、第十二开关阀43、第四开关阀11、混合气体压缩机，多余的气体依旧存放在储气罐1中。如果储气罐1向供气管路中放出的气体稍多了一些，此时可以打开第五开关阀40，让多出来的一点点混合气体进入到回气中间管路中，再关闭第五开关阀40。

（6）对混合气体实验设备中混合气体回收。实验完成后，依次打开第四开关阀11、第三开关阀12、第二开关阀4、混合气体压缩机，利用混合气体压缩机将混合气体实验设备中的实验后的混合气体回收到储气罐1中，然后关闭第四开关阀11、第三开关阀12、第二开关阀4、混合气体压缩机，完成气体回收过程，留待下次实验时使用。由于下次使用时混合气体先经过混合气体压缩机进行充分混合，再进入混合气体实验设备中，避免了混合气体长期静置于混合气体实验设备中导致分层而引起实验结果不准确的问题。在混合气体回收过程中，回气过滤装置13可以过滤吸收除六氟化硫气体和四氟化碳气体外的其他有毒气体或杂质。

（7）对混合气体提纯和分离。实验完成，需要改变混合气体比例或混合气体中杂质成分较多时，对混合气体进行提纯与分离。打开第四开关阀11、第五开关阀40、第六开关阀42、混合气体压缩机、第十二开关阀43、第十一开关阀45，利用混合气体压缩机将混合气体实验设备中的实验后的混合气体回收到集气罐23中，然后关闭第四开关阀11、第五开关阀40、第六开关阀42、混合气体压缩机、第十二开关阀43、第十一开关阀45，完成气体的集气存储；打开第十开关阀21，并使低温精馏装置19工作，打开第九开关阀24与第二气体分离压缩机25，采用高压无油直接液化原理完成四氟化碳气体的低温精馏，实现四氟化碳气体分离回收，待四氟化碳气体回收完毕，关闭第九路开关阀24与第二气体分离压缩机。打开第八开关阀31与第一气体分离压缩机32，采用高压无油直接液化原理完成六氟化硫气体的低温精馏，实现六氟化硫气体的分离回收。混合气体中的杂质由混合气体过滤装置46过滤吸收。下次实验可通过打开第十三开关阀36、第十四开关阀35、第十六开关阀29、第十五开关阀28实现六氟化硫气体与四氟化碳气体的混合。

在本发明的其他实施例中，气体分离回收系统也可以包括混气罐，此时第一存气罐和第二存气罐与混气罐连通，混气罐通过混合气体实验设备连通管路与混合气体实验设备连通，此时混气罐上可以设有两端均与混气罐连通的混合管路，混合管路上设有混合气体压缩机；气体分离管路可以直接与储气罐连通；低温精馏装置也可以由萃取装置代替；也可以不设置集气罐；混合管路也可以单独设置，只要保证混合管路的两端均与储气罐连通即可。

一种气体分离回收系统的实施例与上述一种混合气体实验用气路的各实施例中的气体分离回收系统的实施例相同，此处不再赘述。