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環(huán)保絕緣氣體七氟異丁腈(C4F7N）的制備


隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，氣體絕緣封閉組合電器(GIS)和氣體絕緣輸電線路(GIL)在電網(wǎng)中得到大量應(yīng)用。作為GIS和GIL內(nèi)部絕緣介質(zhì)的SF6，因其極佳的絕緣和滅弧性能以及較低的液化溫度而被認(rèn)為是一種近乎理想的絕緣氣體。然而，SF6是較強(qiáng)的溫室效應(yīng)氣體，其溫室效應(yīng)潛能值（GWP）約是CO2的23500倍，大氣壽命約為3200a，被列為《京都議定書(shū)》六種限排氣體之一。由此，研發(fā)SF6替代氣體成為迫在眉睫的任務(wù)。

3M公司長(zhǎng)期致力于絕緣替代氣體的研究，經(jīng)過(guò)大量測(cè)試研發(fā)了七氟異丁腈(C4F7N)氣體。該氣體GWP值為2400，約為SF6的1/10，毒性較低，化學(xué)穩(wěn)定性能優(yōu)異，臭氧消耗潛能值(ODP)為0，大氣中壽命約為22a，在一個(gè)大氣壓下絕緣強(qiáng)度約為SF6的2倍。但是，該氣體液化溫度較高，約為–4.7℃，需與 CO2氣體混合使用。國(guó)外，GE 公司已研制出以C4F7N/CO2為環(huán)保絕緣氣體的 420 kV GIS，但國(guó)內(nèi)對(duì)新型絕緣氣體研究起步較晚，對(duì)C4F7N制備技術(shù)公開(kāi)報(bào)道較少。因此，采用何種新型有效的方法制備C4F7N，推動(dòng)其制備技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化成為亟需解決的難題。

（1）詳細(xì)總結(jié)國(guó)內(nèi)外C4F7N傳統(tǒng)制備技術(shù)，分析各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，工業(yè)生產(chǎn)難度和發(fā)展前景。其中以三氯–1,2,3–三嗪為原料法、以三氯–1,2,4–噻嗪為原料法和以全氟–2,5–二–異丙基–1,4–二氮雜環(huán)己–1,4–二烯為原料法的反應(yīng)條件復(fù)雜，對(duì)反應(yīng)設(shè)備要求高；以乙二腈為原料法的原料毒性較大、收率較低，不符合綠色化學(xué)的發(fā)展要求，工業(yè)生產(chǎn)難度大，發(fā)展前景一般。
（2）提出新型C4F7N制備技術(shù)，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，工業(yè)生產(chǎn)難度和發(fā)展前景。其中以七氟異丁酸甲酯為原料法、以氯甲酸酯為原料法、以碳酰氟為原料法以及以草酰氯為原料法具有反應(yīng)條件簡(jiǎn)單、反應(yīng)設(shè)備要求低、收率較高等特點(diǎn)，特別是以草酰氯為原料的制備技術(shù)，能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)要求，具有良好的發(fā)展前景。

無(wú)論是傳統(tǒng)還是新型C4F7N制備技術(shù)大都存在反應(yīng)原料有毒和原子利用率低等問(wèn)題。因此，采用綠色無(wú)毒原料、提高C4F7N收率將是制備技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)，以后將開(kāi)展2個(gè)方面的研究：
（1）在設(shè)計(jì)C4F7N制備技術(shù)過(guò)程中以綠色合成為導(dǎo)向，將理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，篩選獲得難度低、環(huán)境污染小和毒性低的反應(yīng)原料。
（2）為進(jìn)一步提高原子利用率，一方面，改進(jìn)現(xiàn)有制備技術(shù)，深入探究原料配比、催化劑、反應(yīng)溶劑和反應(yīng)溫度對(duì)C4F7N收率的影響，確定最佳反應(yīng)條件，提高反應(yīng)收率；另一方面，借助理論計(jì)算設(shè)計(jì)C4F7N合成路徑，減少合成步驟，提高原子利用率。

目前，我國(guó)已經(jīng)研發(fā)出C4F7N/CO2混合氣體替代六氟化硫氣體絕緣，期待它的廣泛應(yīng)用！


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