ZSM-5分子筛对CFO／CO混合气体及其过热分解产物吸附性能研究.docx

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1、第55卷第4期工程科学与技术Vo1.55No.4Ju1y2023下刊网刊2023年7月ADVANCEDENGINEERINGSCIENCES面向双碳目标的环保型电力设备DOI:10.15961j.jsuese.202300897ZSM-5分子筛对CeF12O/COn混合气体及其过热分解产物吸附性能研究田双双12,王家浩I袁子安I张晓星3，靳小平I刘伟豪I,邓广宇I(1湖北工业大学新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心，湖北武汉430068；2.襄阳湖北工业大学产业研究院，湖北襄阳44UoO)摘要：目前，C6F2环保绝缘介质已在气体开关柜中得到应用，选择合适的多孔材料对C6F2混合气体分解产

2、物吸附处理，既能保证开关柜的稳定运行，也可为大力推广C6F2环保气体开关柜的应用提供安全保障。本文通过气体吸附实验探究ZSM-5分子筛对C6&2O/CO2混合气体模拟过热故障后分解产物的吸附性能及对两种主要绝缘介质C6Fi2O.CCh浓度的影响；同时，基于分子动力学仿真模拟吸附过程，计算浓度分布函数、径向分布函数、扩散系数等动力学参数以厘清吸附机理。实验结果表明：模拟过热故障后C6F12C2混合气体的主要分解产物为C正6、C3Fs.C1F10、CsF6.C3F7H、CsFn和CgFmZSM-5分子筛对大部分分解产物都有吸附作用，对C3F8、C4F0C3F7H这3种分解气体吸附性能优异，吸附率均

3、超过80%；对C2F6、GF6分解气体有一定的吸附能力，但吸附效果不明显；对CsFi2、C6R4分解气体基本不吸附。实验前主绝缘介质C6FmO、Co2浓度较高，ZSM5分子筛对其浓度影响较小，实验后吸附率分别为1.77%和0.25%。理论计算结果表明：ZSM-5分子筛能够很好地吸附动力学直径与自身孔径相当的气体分子(C2F6,C3Fm.C4F10.C3F6,C3F7H),对于体积过小或过大的气体分子(Co2、CF八C5F12、CF2C6Fi4)吸附作用不明显。ZSM-5分子筛可用于C6FnO环保绝缘气体开关柜中对分解产物进行吸附处理，以保证设备安全稳定运行；同时，为相关电力防护设备中过滤材料的

4、选择提供参考。关键词：C6F12O/CO2混合气体；过热分解产物：ZSM-5分子筛；吸附实验；分子动力学模拟中图分类号：TM213文献标志码：A文章编号：2096-3246(2023)04-0057-10AdsorptionPropertiesofZSM-5Mo1ecu1arSieveforCeFuO/COzMixturesandItsDecompositionProductsofOverheatingFau1tTIANShuangshuang12,WANGJiahao,YUANZian1,ZHANGXiaoxingi2JINXiaoping1,1IUWeihao1,DENGGuangyui(

5、1.HubeiEng.ResearchCenterforSafetyMonitoringofNewEnergyandPowerGridEquipment.HubeiUniv,ofIechno1.Wuhan430068.China：2.XiangyangIndustria1Inst,ofHubciUniv.ofTcchno1.,Xiangyang441100.China)Abstract:Atpresent,theenvironmenta11yfriend1yinsu1atingmediumCsFnOhasbeenapp1iedinthegasswitchcabinet.Se1ectingsui

6、tab1eporousmateria1stoadsorbthedecompositionproductsofCFnOmixturescannoton1yensurethestab1eoperationoftheswitchcabinet,buta1soprovidethesafe1yprotectiontorIhcpromotionofCftF1式)environmenta1protectiongasswitchcabinetapp1ications.Inthispaper.IheadsorptionperformanceoftheZSM-5mo1ecu1arsieveonthetherma1

7、decompositionproductsofCfrF2OCO2mixturesandtheeffectontheconcentrationofCJ712OandCO2wereinvestigatedbyadsorptionexperiments.Atthesametime,theadsorptionprocesswassimu1atedbasedonthemo1ecu1ardynamicsimu1ation,andkineticparameterssuchastheconcentrationdistributionfunction,theradia1distributionfunction,

8、andthediffusioncfficientwereca1cu1atedtoc1arifytheadsorptionmechanism,eexperinnta1resu1tsshowedthatthemaindecompositionproductsofthethe收稿日期:202308-26基金项目:国家自然科学基金项目（52107145）：湖北省自然科学基金项目（2023CFA025）作者简介:田双双（1989）,女，讲师,博士.研究方向：电气设备在线监测与故障诊断和SFg替代气体.E-mai1：IianSS*通信作者：张晓星，E-mai1：XiaoXing.zhangouU网络出版时

9、间:2023-07-0612:38:23网络出版地1it:ht（ps:/ki.nei/kcms2/detai1/51.1773.TB.20230705.0911.2.htm1CF2COmixturesareGR,CjFs,C4Fio.C3F6.CRH,C5F2andCJFmundertheoverheatingfau1t.TheZSM-5mo1ecu1arsievehasadsorptioneffectonmostdecompositionproductsexceptCSF”andC6Fn.Ithasexce11entadsorptionperformanceforC3R,C4Fo,andC3

10、F7H,andtheadsorptionrateisover80%.IthasacertainadsorptioncapacityforCRandCjFe,buttheadsorptioneffectisnotobvious.Beforetheexperiment,themaininsu1atingmediumCfrF12OandCO2havehigherconcentrations,theZSM-5mo1ecu1arsievehas1itt1eeiTecionitsconcentration.Theadsorptionrateaftertheexperimentis1.77%and0.25%

11、respective1yaftertheexperiment.Thesimu1ationresu1tsshowedthattheZSM-5mo1ecu1arsieveCanwe11adsorbgasmo1ecu1es(C2F6,C3F8.C4Fo.C3F6,C5F7H)withkineticdiametersequiva1enttoitsownporesize.Theadsorptioneffectofgasmo1ecu1es(CO,CF4,C5F2,CsFiaO,CeFu)withIoOsma11ortooIa曙emo1ecu1arvo1umesisnotobvious.Inconc1usi

12、on,theZSM-5mo1ecu1arsievecanbeusedfor1headsorptionandIreaimentofdecompositionproductsinC6F2Ogasswitchcabinets,toensurethesafeandstab1eoperationoftheequipment.Ita1soprovidesareferenceforthese1ectionoffi1termateria1sinre1atedpowerprotectionequipment.Keywords:CeFIQ/CO,mixtures;therma1decompositionprodu

13、cts;ZSM-5mo1ecu1arsieve;adsotionexperiment:mo1ecu1ardynamicssimu1ation同工况下会发生分解，可能存在的产物有CO、CF4、全麻己酮（CEzO）是一种常温下为液态的新型环保绝缘介质，绝缘性能约为纯SF6气体的1.7倍，温室效应潜在值（GWPR）和大气寿命（0.014a）远低于SFJ-也其与液化温度低的缓冲气体（CO2、N2）混合后具有应用于中低压气体绝缘开关设备的潜力士叫另外，在经济成本上，C6F2相比其他环保绝缘介质优势明显，大力推广其在中低压气体开关柜中的应用，不仅能降低设备中绝缘介质的使用成本，还能减少SF6给大气环境带来

14、的温室效应影响吐1目前，关于C6F12O混合气体的绝缘性能研究取得了一定进展。MantiHa等探究了CgBzO/空气混合气体的绝缘性能，结果表明，混合比为10%的C6F2混合气体可以达到纯SF6的击穿水平。Tian等四通过耐压实验探究了C6F2Co2混合气体在开关柜中的使用性能，结果表明，在0.14MPa下，4%C6F12O96%CO2的混合气体具有在IOkV开关柜中应用的潜力。长期运行时，气体绝缘设备气室内部不可避免地会产生局部过热或局部放电，进而导致绝缘介质发生分解。现有研究表明，CEzO混合气体在局部过热、放电等不C2F4、C2F6、C3F6、C3F8、C4F8、C4FOC5F12、C6

15、F14、C3F7H等I0-12J。虽然部分碳氟分解产物具有较强的绝缘性能，但其GWP值较高，且半数致死浓度（1C50,在动物急性毒性实验中使受试动物半数死亡的毒性浓度）较高，会对人体造成潜在危害1以川。因此，需要寻找合适的多孔材料对分解产物进行吸附处理，避免因气体泄漏造成环境污染，危害检修人员的安全。SF6气体绝缘设备中常采用不同孔径的A型分子筛吸附处理设备气室中存在的水分和分解产物BT1赵明月网和侯华闸等分别从实验和理论方面研究了A型分子筛对环保绝缘介质混合气体及其在不同工况下分解产物的吸附性能，结果表明，孔径较大的5A分子筛能够很好地吸附分解产物中的睛类气体（CNCN、CF3CN和C2F5CN）,但对于CO及体积较大碳筑类气体吸附效果不明显。另外，多孔、高比表面积材料V-AbCh也作为吸附剂应用于高压电气设备，但肖淞等即前期研究发现，丫为2。3对C3F7CN的吸附效果强于其他分解产物，不能选择性地吸附分解产物，难以作为新型环保绝缘气体吸附剂放置于设备内部。为有效吸附分解产物且不影响主要绝缘气体浓度，C6F12O气体开关柜中选用的吸附材料孔径大小应介于C6F12O分子与分解产物气体分子的直径之间，以上提及的几种多孔材料难以满足要求。ZSM-5分子筛是一种孔径约为().58nm的多孔材料，常用于工业排放中挥发性有机化合物(VoCS)的吸附处理及石油行