SF6因其具有優(yōu)異的絕緣和滅弧性能，廣泛應(yīng)用于斷路器、氣體絕緣開關(guān)（gas insulted switchgear, GIS）、氣體絕緣輸電線路（gas insulted transmission line, GIL）等高壓電氣設(shè)備及工礦企業(yè)和用戶側(cè)的環(huán)網(wǎng)柜中，被譽(yù)為電力行業(yè)的“血液”材料。但是，SF6也是目前人類已知的溫室效應(yīng)最強(qiáng)的物質(zhì)，約為CO2的22800倍，其在大氣壽命更是長達(dá)3200年。隨著國際上對(duì)低碳、減排等環(huán)保約束增加，1997年《京都議定書》將SF6列為限制排放的6種溫室氣體之一，亟需尋求替代SF6的環(huán)境友好型氣體。
全氟異丁腈（(CF3)2CFCN，簡(jiǎn)稱C4F7N）具有優(yōu)良的環(huán)保性能和絕緣性能， 全球暖化潛值（global warming potential, GWP）為2100，絕緣強(qiáng)度為同氣壓下SF6的2倍。然而，C4F7N液化溫度為-4.7 ℃，極大地限制了其在高壓、高寒地區(qū)的應(yīng)用，因此C4F7N和CO2的二元混合氣體成為了一種行之有效的解決方案。研究表明，將C4F7N與CO2混合后用于電氣設(shè)備，絕緣性能達(dá)SF6的80%以上，溫室效應(yīng)小于SF6的5%，放電分解產(chǎn)物無毒、環(huán)保、安全。
當(dāng)前，關(guān)于C4F7N的應(yīng)用研究已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，其中主要包括混合氣體的配置、檢測(cè)以及回收處理。
混合氣體配氣裝置的原理主要有稱重法、分壓法、動(dòng)態(tài)質(zhì)量流量法三種。稱重法所需設(shè)備復(fù)雜，對(duì)使用環(huán)境要求高，一般用于標(biāo)準(zhǔn)氣體制備。分壓法是分別充入一定壓力的氣體到一個(gè)容器中，根據(jù)每種氣體的壓力比值來計(jì)算氣體濃度，這種方法操作簡(jiǎn)單，但是需要長時(shí)間的混合平衡，配氣速度慢，所以一般用于少量氣體的配制。動(dòng)態(tài)質(zhì)量流量法是通過質(zhì)量流量計(jì)調(diào)控氣體比例，整個(gè)過程連續(xù)穩(wěn)定，并且避免了長時(shí)間的平衡，具有快速靈活、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，被工程現(xiàn)場(chǎng)廣泛使用。若以C4F7N為原料氣，CO2為稀釋氣，配置不同混合比的C4F7N/CO2混合氣體，其配氣流程可用下圖簡(jiǎn)單表示。
其中需要注意的是，質(zhì)量流量計(jì)的性能直接影響混氣配制的精度，因此需要進(jìn)行定期校正。通常情況下，該方法配制的混合氣體的精度可控制在1%以內(nèi)，混氣流量根據(jù)實(shí)際需要可進(jìn)行靈活調(diào)整。與此同時(shí)，混合氣體的混合比檢測(cè)也是氣體配制過程中不可或缺的一環(huán)。
氣體混合比主要檢測(cè)方法有熱導(dǎo)法、色譜法和光譜法等。熱導(dǎo)法是根據(jù)被測(cè)氣體的混合熱導(dǎo)率來計(jì)算二元?dú)怏w濃度占比。色譜法是實(shí)驗(yàn)室常用混合氣體檢測(cè)方法，是通過色譜柱將混合氣體進(jìn)行分離，然后使用FID或TCD等檢測(cè)器檢測(cè)氣體，通過信號(hào)峰面積來計(jì)算各種組分的氣體含量。光譜法利用每種氣體分子有特定吸收光譜的特性，其吸收強(qiáng)度與濃度符合朗伯-比爾（Beer-Lambert）定律。
通過對(duì)絕緣氣體的檢測(cè)方法對(duì)比得出：氣相色譜法不適于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，取樣周期長，難以實(shí)施在線監(jiān)測(cè)；對(duì)C4F7N氣體性質(zhì)進(jìn)行初步研究發(fā)現(xiàn)，C4F7N氣體的熱導(dǎo)率與其混合氣體的別一種成份CO2的熱導(dǎo)率非常相近，使用熱導(dǎo)原理精度與靈敏度很低，無法達(dá)到指標(biāo)要求。而C4F7N由于C—F鍵的存在，在1400~730 cm-1波長范圍內(nèi)具有強(qiáng)的紅外吸收，容易辨識(shí)，非常適合紅外光譜檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。因此，采用紅外光譜對(duì)C4F7N和CO2混合氣體進(jìn)行在線檢測(cè)成為目前研究的主流。相較而言，實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)非常準(zhǔn)確的分析，但是在便攜式檢測(cè)設(shè)備中，由于空間限制，光程較短，且散熱存在一定的問題，其檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性仍是目前亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。
C4F7N和CO2混合氣體的回收利用是其應(yīng)用生命周期內(nèi)的最后一環(huán)，一方面，混合氣體的回收將最大可能地降低溫室氣體的排放；另一方面，C4F7N仍未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)制造，替代成本較高，而回收分離技術(shù)可進(jìn)一步降低使用成本，促使SF6的快速替代。
通常而言，混合氣體的分離方法主要有變壓吸附、精餾提純、膜分離等。變壓吸附是指通過改變壓力、溫度條件實(shí)現(xiàn)分子篩對(duì)同一物質(zhì)的吸附與釋放，從而實(shí)現(xiàn)氣體的分離的方法。精餾法則是通過在精餾塔中，氣液兩相通過逆流接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，從而在塔頂和塔釜分別得到易揮發(fā)組分和難揮發(fā)組分。氣體膜分離是利用有些金屬膜或有機(jī)膜對(duì)某些氣體組分具有選擇性滲透和擴(kuò)散的特性，以達(dá)到氣體分離和純化的目的。
截止目前，關(guān)于C4F7N和CO2混合氣體的回收分離的報(bào)道相對(duì)較少，主流的方法是通過吸附+精餾，保證充分分離效果的同時(shí)，通過選擇性吸附去除電解生成的微量有機(jī)雜質(zhì)，回收氣體的純度可達(dá)到99.3%以上，回收率超過80%，各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足使用需求。
C4F7N的應(yīng)用研究很多仍處于開發(fā)階段，并沒形成完善的全生命周期技術(shù)方案。在美國3M和宇極先后實(shí)現(xiàn)C4F7N批量制備前提下，其大規(guī)模應(yīng)用具備了穩(wěn)定的供應(yīng)基礎(chǔ)，相關(guān)應(yīng)用研究也進(jìn)入了突飛猛進(jìn)的時(shí)期。期望在各專業(yè)領(lǐng)域的共同努力下，相關(guān)應(yīng)用技術(shù)早日完善成熟，共同推動(dòng)我國乃至世界電網(wǎng)系統(tǒng)的綠色環(huán)?；M(jìn)程。
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