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关于六氟化硫气体简介

发表时间:2018-11-17 13:43作者:上海仲约网址:http://www.zhyzn.cn/

六氟化硫气体是法国两位化学家Moissan和Lebeau于1900年合成的人造惰性气体,1940年前后,美国军方将其用于曼哈顿计划(核军事)。1947年提供商用。

当前SF6气体主要用于电力工业中。SF6气体用于4种类型的电气设备作为绝缘和/或灭弧;SF6断路器及GIS(在这里指六氟化硫封闭式组合电器,国际上称为“气体绝缘开关设备”(Gas Insulated Switchgear))、SF6负荷开关设备,SF6绝缘输电管线,SF6变压器及SF6绝缘变电站。80%用于高中压电力设备。



SF6是强电负性气体,它的分子极易吸附自由电子而形成质量大的负离子,削弱气体中碰撞电离过程,因此其电气绝缘强度很高,在均匀电场中约为空气绝缘强度的2.5倍。SF6气体在t≈2000K时出现热分解高峰,因此在交流电弧电流过零时,SF6对弧道的冷却作用比空气强得多,其灭弧能力约为空气的100倍。

六氟化硫气体的化学式是SF6。

生产方法

1、直接合成法:

A、经净化后的氟(含HF≤0.5%)和硫反应生成六氟化硫及少量的S2F10、SF4、SF2和S2F2。经水洗、碱洗除去绝大部分杂质气体,再经热解炉分解S2F10成SF6和SF4(300~350℃),然后经碱洗进一步除去杂质,净化后的SF6气体经硅胶及分子筛干燥器干燥后,制得六氟化硫产品。

B、将硫、二氯化硫、一氯化硫、二硫化碳或硫化氢等加入到无水氟化氢中,以镍为阳极进行电解即可制得六氟化硫。或氟和硫直接反应制备六氟化硫。还可以金属氧化物为催化剂于300℃下用空气氧化四氟化硫,或者在500~2000℃使氟化硫热解。


2、以长约300mm直径25mm的镍管为反应器,将盛有硫粉的镍舟置于其中,反应管与一石英阱连接,石英阱以液态氧冷却。装置的末端与一装有新脱水的KF的铁制干燥管相连,以隔离空气中的湿气。硫在氟气流中燃烧,生成的产物凝聚在冷阱中。随后进行纯化,使产物气化并通过10%的KOH热溶液(不用NaOH)洗涤除去其中的杂质(HF,SF2,SF4,SOF2,S2F10)。然后用P4O10干燥产物气体,并在室温下通过活性炭除去S2F10。


3、使SO2在过量的F2中燃烧可生成SF6。反应温度约650℃,产物在冷阱中凝聚,其中除SF6外主要杂质是SO2F2。纯化时将其通过装有水和热的10%KOH溶液的洗涤瓶,最后用P4O10干燥。


4、元素氟和硫直接反应法。

A、直接电解法:将硫、二氯化硫、一氯化硫、二硫化碳或硫化氢等加入到无水氟化氢中,以镍为阳极进行电解即可制得六氟化硫。用硫化氢与无水氢氟酸电解时,以镍作极,铁作阴极,温度为-10~20℃,电压为7~20V。电解产物应除去杂质;

B、催化氧化法:金属氧化物为催化剂,于300℃下,用空气氧化四氟化硫,该法缺点是收率过低。

C、热解法:在500~2000℃使SF4热解,但该法的转换率及收率皆低,采用微波放电分解SF4亦可。

D、氟化钴法:将硫磺或其他硫化物在三氟化钴和二氯化钴存在下与过量氟作用以制备六氟化硫。二氧化硫与氟燃烧法。

E、联产法:氯氟代甲烷和六氟化硫联产,氟化碳(COF2)与六氟化硫联产。


物理特性

六氟化硫是一种无色、无臭、无毒、不燃的惰性气体,它的分子量为146.07,在20℃和0.1 MPa时密度为6.1kg/m3,约为空气密度的5倍。六氟化硫在常温常压下为气态,其临界温度为45.6℃,三相点温度为-50.8℃,常压下升华点温度为-63.8℃。六氟化硫分子结构呈八面体排布,键合距离小、键合能高,因此其稳定性很高,在温度不超过180℃时,它与电气结构材料的相容性和氮气相似。


化学特性

常温下是一种惰性气体。一般不会与其它材料发生反应。


电气特性

绝缘性能佳,还具有独特的热特性和电特性。SF6气体是电负性气体,其分子和原子具有很强的吸附自由电子的能力,可以大量吸附弧隙中的自由电子,生成负离子。负离子的运动比自由电子慢得多,很容易和正离子复合成中性的分子和原子,大大加快了电流过零时的弧隙介质强度的恢复。


分解特性

纯净的SF6气体一般公认是无毒的。SF6在生产过程中会有少量伴随的生成物,其中S2F10是公认的剧毒气体,但经过净化处理可以完全将它除净。纯净的SF6气体虽然无毒,但在工作场所要防止SF6气体的浓度上升到缺氧的水平。SF6气体的密度大约是空气的五倍、SF6气体如有泄漏必将沉积于低洼处,如电缆沟中。浓度过大会出现使人窒息的危险,设计户内通风装置时要考虑到这一情况。SF6气体通过对流能与空气混合,但速度很慢。气体一旦混合后就形成SF6和空气的混合气体,不会再次分离。问题严重的是,电弧作用下SF6的分解物如SF4,S2F2,SF2,SOF2,SO2F2,SOF4和HF等,它们都有强烈的腐蚀性和毒性。


1、SF4(四氟化硫)

常温下SF4为无色的气体,有类似SO2的刺鼻气味,在空气中能与水分生成烟雾,产生SOF2和HF。SF4气体可用碱液或活性氧化铝(Al2O3)吸收。SF4气体对肺有侵害作用,影响呼吸系统,其毒性与光气相当。

2、S2F2(氟化硫)

常温下为无色气体,有毒,有刺鼻气味,遇水分能完全水解形成S,SO2和HF。S2F2对呼吸系统有类似光气的破坏作用。

3、SF2(二氟化硫)

SF2的化学性能极不稳定,受热后性能更加活泼,易水解成S,SO2和HF 。SF2气体可用碱液或活性氧化铝吸收。

4、SOF2(氟化亚硫酰)

SOF2为无色气体,有臭鸡蛋味,化学性能稳定。它与水分反应缓促,并能快速地为活性氧化铝或活性炭吸附。SOF2为剧毒气体.可造成严重的肺水肿,使动物窒息死亡。

5、SO2F2 (二氟化硫酰)

SO2F2为无色无臭气体,化学性能极为稳定,加热到150 °C时也不会与水和金属反应。SO2F2不易被活性氧化铝吸收。SO2F2是一种能导致痉挛的有毒气体。它的危险性在于无刺鼻性嗅味且不会对服鼻粘膜造成刺激作用,故发现中毒后往往会迅速死亡。

6、SOF4(四氟亚硫酰)

SOF4为无色气体,有刺鼻性气味,能被碱液吸收,与水反应会生成SO2F2。SOF4是有害气体,对肺部有侵害作用。

7、HF(氢氟酸)

HF是酸中腐蚀性最强的物质。对皮肤、粘膜有强烈刺激作用,并可引起肺水肿和肺炎等。


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