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)最強的物質(zhì)，約為CO2的22800倍，其在大氣壽命更是長達3200年。隨著國際上對低碳、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，其中主要包括混合氣體的配置、檢測以及回收處理。
混合氣體配氣裝置的原理主要有稱重法、分壓法、動態(tài)質(zhì)量流量法三種。稱重法所需設(shè)備復(fù)雜，對使用環(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容器中，根據(jù)每種氣體的壓力比值來計算氣體濃度，這種方法操作簡單，但是需要長時間的混合平衡，配氣速度慢，所以一般用于少量氣體的配制。動態(tài)質(zhì)量流量法是通過質(zhì)量流量計調(diào)控氣體比例，整個過程連續(xù)穩(wěn)定，并且避免了長時間的平衡，具有快速靈活、自動化程度高等優(yōu)點，被工程現(xiàn)場廣泛使用。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單表示。
其中需要注意的是，質(zhì)量流量計的性能直接影響混氣配制的精度，因此需要進行定期校正。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)實際需要可進行靈活調(diào)整。與此同時，混合氣體的混合比檢測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)被測氣體的混合熱導(dǎo)率來計算二元氣體濃度占比。色譜法是實驗室常用混合氣體檢測方法，是通過色譜柱將混合氣體進行分離，然后使用FID或TCD等檢測器檢測氣體，通過信號峰面積來計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，其吸收強度與濃度符合朗伯-比爾（Beer-Lambert）定律。
通過對絕緣氣體的檢測方法對比得出：氣相色譜法不適于現(xiàn)場監(jiān)測，取樣周期長，難以實施在線監(jiān)測；對C4F7N氣體性質(zhì)進行初步研究發(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)具有強的紅外吸收，容易辨識，非常適合紅外光譜檢測技術(shù)的應(yīng)用。因此，采用紅外光譜對C4F7N和CO2混合氣體進行在線檢測成為目前研究的主流。相較而言，實驗室檢測已經(jīng)可以實現(xiàn)非常準(zhǔn)確的分析，但是在便攜式檢測設(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、溫度條件實現(xiàn)分子篩對同一物質(zhì)的吸附與釋放，從而實現(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膜對某些氣體組分具有選擇性滲透和擴散的特性，以達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道相對較少，主流的方法是通過吸附+精餾，保證充分分離效果的同時，通過選擇性吸附去除電解生成的微量有機雜質(zhì)，回收氣體的純度可達到99.3%以上，回收率超過80%，各項指標(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)用研究也進入了突飛猛進的時期。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，共同推動我國乃至世界電網(wǎng)系統(tǒng)的綠色環(huán)?；M程。
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