| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Indsamling og genanvendelse af SF₆ fra elsektoren

6. Genanvendelse af SF₆

Formålet med dette kapitel er at beskrive det rense-koncept der er udviklet i projektet samt de testresultater med hensyn til rensegrader, der er gennemført.

Der er blevet gennemført et fuldskala forsøg hvor formålet var at rense forurenet SF₆ til en kvalitet, så det kan genanvendes på kommercielle vilkår. Det er formålet at bortrense alle forureningskomponenter, heriblandt fugt, fluorider og svovl. I mobile renseanlæg er dette ikke muligt.

Hydrogas Danmark A/S har udviklet regenereringsanlægget og analyseresultaterne er kvalitativt blevet verificeret på et eksternt laboratorie.

Til at gennemføre de nødvendige testforsøg er der indsamlet forurenet SF₆. Der blev indsamlet ca. 300 kg fra 2 virksomheder, hvilket er tilstrækkeligt til de planlagte forsøg.

I det følgende beskrives rensemetoden.

6.1 Renseprincip

Den forurenet SF₆ indeholder foruden en mindre mængde luft og vand et antal flouride-urenheder, hvoraf CF4 er den største del. Disse flouride urenheder er afgørende for hvor ren gassen er. Flouriderne kan absorberes på et aluminiums- baseret molekylarfilter, som også er i stand til at absorbere det vand som gassen måtte indeholde.

Et anlæg til at rense den forurenet SF₆ kan bygges efter to forskellige principper:

1. Rågassen overføres fra en moderflaske til en modtageflaske via en pumpe.
2. Der skabes et undertryk i modtageflasken gennem en kondensering af gassen, samtidig med at moderflasken opvarmes for at forøge trykket og derved opretholde en tryksænkning, som opstår ved en ren adiabatisk tømning af moderflasken.

I forhold til dette projekt er metode 2 vurderet som den mest hensigtsmæssige. Fordelene ved metode 2 er, at SF₆-gassen overgår i fast form ved anvendelse af carbondioxid i fast form (tøris), som kølemiddel. Ved denne kraftige nedkølning kan eventuel restluft i den færdige flaske afblæses ved at vakuum-pumpe gasflasken i ca. 1 minut efter afsluttet renseproces. Endvidere er metode 2 mindre omkostningskrævende i investering men har tilgengæld lidt højere driftomkostninger sammenlignet med metode 1.

I Hydrogas Danmark A/S afdeling i Glostrup er der blevet udviklet og opstillet et fuldskala renseanlæg, som tager afsæt i absorberings-princippet på aluminium baseret molekylarfilter. Det færdige forsøganlæg var klargjort til test i juni 2000, efter en design- og konstruktionsfase på knap 3 måneder.

Det opstillede SF₆-renseanlæg består af absorberingstårn, vakuumpumpe og varmekapper til opvarmning af moderflasken og til rensning af anlægget. Principskitse for anlægget er vist i figur 6.1

Anlægget er designet efter det princip og målsætning, at man uden betydelige udledning af SF₆ til atmosfæren udfører en rensning så den rensede SF₆ er af mindst lige så god kvalitet, som den der i dag udbydes på markedet som ny SF₆:

Målet er en renhed på > 99,9%. Referenceenhederne for dette mål er listet i nedenstående tabel 6.1

Tabel 6.1
Måleenheder for rensegrad af forurenet SF₆

Hele processen er skitseret i figur 6.1

Figur 6.1
Principperne bag rensemetoden

Processen består i at moderflasken med den forurenede SF₆ placeres på en procesvægt, som tareres og programmeres til at stoppe renseprocessen (V1 lukkes), ved planlagt vægt der svarer til den maksimale fyldevægt på modtageflasken. Som standard i testprojektet anvendes en let aluminium trykflaske, som indeholder ca. 10 kg renset SF₆.

Modtageflasken placeres i en højisolerende køleboks og kobles først på anlæggets vakuumventil V7, hvorefter modtageflasken vakuumpumpes. Forbehandling/præparering af modtagerflasker ved hjælp af vacumering og skylning er kritisk med henblik på at minimere fugtindholdet i denne "tomme" flaske. Herefter kobles modtageflasken til anlægges fyldeventil V5.

Carbondioxid i fast form (tøris) fyldes på køleboksen med henblik på at bringe gassen på fast form, hvorved evt. restluft kan fjernes i renseprocessen.

Ventilen V1 åbnes og opvarmning af moderflasken startes. Ventil V2 og V5 åbnes og renseprocessen er nu i gang. Anlægget stopper automatisk når den planlagte fyldevægt i modtageflasken er nået.

Selve absorbtionstårnet med filterindsatsen skal renses med tør nitrogen og opvarmning til 180 ^oC i minimum 8 timer og derefter vakuumpumpes i minimum 1 time før renseprocessen kan igangsættes. Dette er for at opretholde en tryksænkning i moderflasken.

6.2 Testresultater

I en periode på 14 dage blev indkøring og den første rensning af brugt SF₆ gennemført på anlægget. Testen blev udført på diverse indsamlet brugt SF₆ af ukendt oprindelse samt noget brugt SF₆ fra et transmissionsselskab.

Testkørslerne på anlægget kan karakteriseres i to situationer. Den ene situation er karakteriseret ved en flaske med forurenet SF₆ med et stort indhold af luft (>1,5% = 15.000 ppm) og den anden med et lille luftindhold. Testen af anlægget viste at rensehastigheden eller anlæggets kapacitet er meget afhængig af luftindholdet i den flaske, hvor SF₆ er blevet opsamlet.

Ved rensning af en flaske SF₆, hvor luftindholdet var over 50% gav det en procestid på ca. 0,1 - 0,3 kg/h og et relativt stort tab af SF₆ ved den anvendte metode. Denne luftkoncentration forventes ikke at forekomme i de forurenede flasker fra en evt. indsamlingsordning.

Ved rensning af en flaske forurenet SF₆, hvor luftindholdet var ca. 1,4% fungerede anlægget optimalt med en rensehastighed på 7 kg/h. Denne luftkoncentration forventes at være repræsentativ for korrekt aftappet forurenet gas.

Ved et forstudie i 1999 blev metodens svaghed med hensyn til høje koncentrationer af luft ikke konstateret. De indsamlede flasker indeholdt på daværende tidspunkt luftmængder mindre end 1%. De gennemførte testresultater viser, at et oxygenindhold i det brugte SF₆ større end 1% nedsætter anlæggets formåen.

Af hensyn til gennemløbsttid for renseprocessen, ressourceforbrug etc. er det en generel målsætning, at rensekapaciteten på anlægget minimum skal være 5 kg/h. Dette mål sætter altså nogle klare krav til indsamlingsmetoden af den brugte SF₆.

6.2.1 SF₆-kvalitet

Anden og tredje testperiode, der blev gennemført i efteråret 2000, viste samme resultater med hensyn til luftindholdet i det indsamlede SF₆ og dermed forsøgsanlæggets begrænsninger.

6.3 Tekniske begrænsninger

Efter gennemførelse af de praktiske test på anlægget, kan det konkluderes at anlægget ikke arbejder med de krævede præstationer, når rågassen indeholder for meget luft. Den megen luft (>5%) må, uden dog nærmere at havde dokumentation herfor, stamme fra indsamlingen og overfyldning til trykflasken "ude i marken". Årsagerne kan være mangelfuld præparering af flasken før overfyldning og/eller utætte pumpe-, rør- og slangesystemer.

Forsøgsanlægget er ikke designet til at rense luftgasser fra, som har meget lave fordampningstemperaturer (< 100oC). SF₆ sammenblandet med luft får derved også et meget lavt fordampningspunkt, hvorved forsøgsanlægget kølemedie ikke er tiltrækkelig til at få processen til at forløbe tilfredsstillende.

Det vil være muligt at udbygge anlægget med en absorber for oxygen. Dette vil dog ikke kunne fjerne nitrogen, som jo udgør ca. 78% af luften. Dette anses derfor ikke som en mulig løsning.

Konklusionen vil være at de store luftmængde i rågassen skal fjernes før udførelse af den egentlige rensning for at undgå emission af SF₆ under renseprocessen.

Forsøgsanlægget blev designet til at fjerne flourider og vand og andre mindre mængder urenheder som gassen normalt indeholder. Denne opgave løser forsøgsanlægget med meget gode resultater.

Kapaciteten på forsøgsanlægget er som aftalt tidligere meget afhængig af rågassens luftindhold. Ved lav luftindhold kan anlægget præsterer op til 12 ton SF₆ pr. år ved normal operationstid. 7 kg pr. time anses for en tilfredsstillende procestid.

Med mindre det høje luftindhold i testflaskerne stammer fra en kilde, hvor det positivt kan konstateres at årsagen er utætte overførelsesforbindelser, og dermed er en systematisk fejl, kræver forsøgsanlægget yderligere udvikling og test. Den primære udfordring er at fjerne luftindholdet. Dette kan sandsynligvis gennemføres på flere metoder, hvoraf den mest investeringstunge er at gribe til cryogene nedkølingsprincipper, hvor vi køler rågassen ned til -100oC.

Anlægsinvestering i denne forproces skønnes at andrage 200.000 - 300.000 DKK. Mere simple men dog også mere usikre metoder bør dog testes først.