低温等离子体处理SF6废气综述
“2016第三届轨道交通供电系统技术大会”演讲报告图文版已在“电气技术”微信（微信号：dianqijishu）上陆续发布，请感兴趣的读者扫描下方二维码，进行关注阅读。
输变电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）、武汉大学电气工程学院、广东电网有限责任公司电力科学研究院的研究人员张晓星、肖焓艳、黄杨珏，在2016年第24期《电工技术学报》上撰文指出，低温等离子体废气处理技术正越来越引起人们的重视，它是未来环保产业的重要发展方向。
由于强温室气体SF6本身的理化特性，等离子体处理SF6面临着更多的挑战，目前该方面的研究综述鲜见。本文尝试根据国内外已有的文献资料， 阐述了等离子体处理SF6的反应机理和其三个评价指标，从射频、微波和介质阻挡放电三种主要的处理SF6的等离子体出发论述了降解过程各个因素对降解率、能量效率以及最终降解产物的影响。同时，提出了等离子体处理SF6需要进一步解决的问题和今后的研究方向，并对其工业化进行了可行性分析。
近30年来，低温等离子体处理技术得到了越来越广泛的应用，尤其在废气处理方面。与传统的物理化学技术如燃烧和催化热分解等相比，等离子体废气处理技术具有方便简单、能耗低、处理彻底等优势，应用前景十分广阔。
六氟化硫（SF6）由于具有良好的电气性能和优异的灭弧性能，作为绝缘介质材料被广泛应用于各种高压电气设备中[1]。此外，由于SF6是一种无色、无味、无毒、不可燃且无腐蚀性的惰性气体，它还被广泛应用于金属冶炼、半导体制造、医疗、化工、大气示踪和航空航天等行业。
但研究表明SF6的温室效应潜在值（Global Warming Potential, GWP）是CO2的23 900倍，而且SF6在大气中的降解速度非常缓慢，大约需要3 200年，所以在1997年签订的《京都议定书》中已将SF6气体列为六种限制性排放的温室气体之一[2]。
据统计资料表明，在SF6应用领域中，电力工业的SF6排放是全球最大的SF6排放源类别。从1990年以来，我国电力工业的SF6排放量占总排放量的70%（其中包括气体泄漏、设备维修和退役），紧接着是镁金属冶炼工业、半导体制造工业和SF6气体生产行业，各约占10%[3]。
近年来，我国SF6的产量超过万吨，由于特高压和超高压技术的发展，其中大部分被应用于电力工业，约80%应用于高压气体绝缘电气设备产品中，并以每年超过8.7%的增速递增。随着气体绝缘电气设备的检修和退役，SF6废气也将逐年增加。
同时有分析显示，全球的SF6排放量总体也是呈上升趋势，导致大气中SF6的浓度也不断增加。工业化前全球SF6的大气浓度为6×10-3pmol/mol，目前已经超过了6pmol/mol[4-6]，对全球生态环境造成的威胁不容小觑，因此减少SF6的排放量是当前亟待解决的问题。
面对SF6对全球环境造成的破坏和公众环保意识的增强，我国一直致力于降低SF6排放量。减少SF6的使用量、提高SF6的回收利用率和降解处理SF6气体，是减少SF6排放量的主要手段。
目前，国内外不少学者对于气体绝缘设备中的替代气体进行了研究，如SF6与N2的混合气体、CF3I和c-C4F8等气体[7,8]。尽管这些替代气体被认为是具有潜质替代SF6气体作为新的绝缘介质用于气体绝缘设备中，但是至今为止仍然没有发现具有广泛应用价值且可以替代SF6的气体。在其他领域，同样由于SF6独特的理化性质，使其难以被取代。
我国国家电网和南方电网公司于20世纪90年代初陆续开展了SF6回收处理设备的研制和管理方式的探讨。目前，国家电网公司的试点单位SF6回收利用率可达到95%以上，但相关回收处理技术还需要进一步改进并推广。
同时，现有的回收净化装置价格昂贵（每台在几十万到百万之间，国外进口的价格更高）、数量少（每个地区级的电力公司一般仅有1～2套）、重量大（一般＞1 500kg）、利用率低（一般只在设备安装或检修时使用，闲置时间长），而已建立的SF6回收处理中心一般都位于各省、市电科院或检修公司内，难以实现整个辖区全部气体绝缘设备的废气回收再利用。更为严重的是，目前绝大部分用量小的某些企业一般都是采用违规直接排放的方式，SF6回收处理问题还没有从根本上得到解决。
因此，鉴于SF6在电气行业及其他领域的替代气体的研究还处于不成熟阶段，推广SF6回收利用也存在成本高等缺点，针对电力行业偏远地区的小型气体绝缘设备和其他行业违规直接向大气中排放的SF6废气的问题，降解处理SF6废气是目前减少其对环境破坏的有效途径之一。
本文结合已有文献，综述了近年来引起广泛关注和研究的几种SF6的等离子体降解处理方法，讨论了等离子体处理SF6废气技术所面临的瓶颈和难题，提出可能的解决方案，为等离子体处理SF6技术的大规模工业化应用提供一定的依据和参考。
结论
与传统的高能耗处理方式相比，低温等离子体放电以其高效低能耗等优点成为了一种非常具有潜力的处理SF6的技术。降解率、能量效率和无害化效果是评价SF6废气处理的三个重要指标。
对于常用于处理SF6的三种等离子体方式，除了在产生等离子体放电系统上的差异之外，它们工作和适用的降解条件也各不相同，但放电参数、反应器参数、操作条件参数及气体参数均对降解率有一定的影响，其中放电功率和外加气体是影响较大的两个因素。
此外，外加气体的种类和比例还是影响SF6最终降解产物的关键因素，含氢类的气体在抑制有毒副产物方面有一定的作用，但仍需探索其他无害化的途径。目前，等离子体处理SF6的研究尚未完全成熟，优化反应条件、提高降解率和能量效率以及最终产物无害化是未来研究的方向。