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制冷剂的发展形势预测

2016-01-29 14:51:57 山东紫翔化工销售有限公司 阅读

  1.制冷剂简介

  制冷剂又称制冷工质,是制冷循环的作业介质,运用制冷剂的相变来传递热量,即制冷剂在蒸腾器中汽化时吸热,在冷凝器中凝聚时放热。当时工业制冷剂大概有30 多种。

  1.1 在紧缩式制冷剂中广泛运用的制冷剂是氨、氟利昂和烃类。依照化学成分,制冷剂可分为五类:无机化合物制冷剂、氟利昂、饱满碳氢化合物制冷剂、不饱满碳氢化合物制冷剂和共沸混合物制冷剂。依据冷凝压力,制冷剂可分为三类:高温(低压)制冷剂、中温(中压)制冷剂和低温(高压)制冷剂。

  1.2 无机化合物制冷剂:这类制冷剂运用得比较早,如氨(NH3)、水(H2O)、空气、二氧化碳(CO2)和二氧化硫(SO2)等。关于无机化合物制冷剂,世界上规则的代号为R 及后边的三位数字,其间第一位为“7”后两位数字为分子量。如水、R718 等。

  1.3 氟利昂(卤碳化合物制冷剂):氟利昂是饱满碳氢化合物中悉数或有些氢元素(CL)、氟(F)和溴(Br)代替后衍生物的总称。世界规则用“R”作为这类制冷剂的代号,如R22 等。

  1.4 饱满碳氢化合物:这类制冷剂中首要有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和环状有机化合物等。代号与氟利昂相同选用“R”,这类制冷剂易燃易爆,安全性很差。如R50、R170、R290 等。

  1.5 不饱满碳氢化合物制冷剂:这类制冷剂中首要是乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)和它们的卤族元素衍生物,它们的R 后的数字多为“1”,如R113、R1150 等。

  1.6 共沸混合物制冷剂:这类制冷剂是由两种以上不一样制冷剂以必定比例混合而成的共沸混合物,这类制冷剂在必定压力下能坚持必定的蒸腾温度,其气相或液相始终坚持构成比例不变,但它们的热力性质却不一样于混合前的物质,运用共沸混合物可以改善制冷剂的特性。如R500、R502 等。

  2.制冷剂的开展进程

  2.1第1 代制冷剂[1,2]

  大概在1830至1930年的100年间,由于社会的开展,大家在选用人工制冷的过程中, 对制冷剂进行了斗胆的探究。这些制冷剂是一些溶剂和有挥发性的介质。它们有毒、可燃或许兼而有之,单个制冷剂还有很强的腐蚀性和不稳定性,或许压力过高不安全,所以运用时经常发作事端。

  在该期间的前50年,各种制冷技能都处于探究中。后期蒸气紧缩式制冷机、空气循环式制冷机、吸收式制冷机以及水蒸腾式制冷机等4种制冷办法简直统治了一个世纪的制冷工业。

  蒸气紧缩式制冷机开端运用乙醚、甲醚作为制冷剂,氨、二氧化碳、二氧化硫( 中国1966 年还运用SO2 机器双球冷冻机)和氯甲烷在后期得到了‍运用,尤其是氨的运用,使该制冷技能得到了敏捷‍的开展,在1900 年前后,美国、英国和德国紧缩机简直都选用氨和CO2。20世纪前期,离心式紧缩‍机最早运用二氯乙烯制冷剂。‍

  空气紧缩式制冷机前期由预紧缩空气胀大‍( 开式循环) 进行制冰。后期选用逆斯特林( R.‍stir ling) 闭式再生循环, 它们在1900 年前广泛应‍用于船只冷藏和制冰。

  吸收式制冷机运用氨水溶液进行制冰,首要‍有间歇工作的小型机和接连工作的大型机。大型‍机首要运用于制冰和啤酒业。‍

  水蒸腾式制冷机首要选用硫酸吸收水蒸气制‍冰和真空下水蒸腾制冰。但真正运用是从1908 年‍选用蒸汽喷发制冷机开端, 首要运用于化学工业‍和啤酒业, 并配置在军舰上以冷却军械舱。

  2.2第2 代制冷剂[4]

  1931至1990年为第2代制冷剂的开展期间,‍由于大家对人工制冷需求的急剧增长,迫切需求‍既安全又有耐久性的制冷剂。在两次石油危机发‍生后,高效变成制冷空调工业对制冷剂的新请求。这时就呈现了以卤代烃(CFCs,HCFCs)为主的制‍冷剂。从1931年开端,R12,R11和R22等具有优‍良热力功能的制冷剂以全新的面貌统治了制冷工‍业约60年,它们既安全(A1 组)无毒、‍无焚烧性)且高效, 为HVACR工业带来了黄金发‍展时段。‍

  R12广泛运用于家用冰箱、冷冻柜、陈列柜等‍低温范畴, 它代替了本来运用的SO2、甲酸以及氨水吸收式等冰箱,使冰箱走进了千家万户。一起,‍R12 是汽车空调运用的仅有介质。别的, R22是家‍用空调、大型冷水/ 热泵机组首选的制冷剂。R11‍是大型离心式冷水机组最喜爱的介质。第1代制‍冷剂中的氨,由于其优秀的热力功能和低报价,在‍工业制冷、食物冷冻冷藏、饮料加工等范畴依然有着宽广的商场, 可是氨的毒性和刺鼻的气味使其‍运用遭到了约束。欧美等国家和地区在20世纪‍70年代前在船只冷冻冷藏和城市冷库等方面简直‍悉数选用R22 制冷剂,氨的比例不断缩小。这一‍期间,溴化锂水溶液吸收式冷水机组得到了大力‍开展,氨水低温吸收式在有余热运用时才少数使‍用,台数越来越少。

  2.3第3 代制冷剂

  1990至2010年[2,3]大概从20世纪70年代后期开端,大家留意到‍CFCs物质(包含制冷剂)在很多耗费平流层中的‍臭氧,并且使南极上空呈现臭氧空洞。因而,蒙‍特利尔议定书和维也纳条约提出了约束和替‍代CFCs 物质的期限,短时刻内HCFC可以作为‍过渡物质。可以看出, 第2 代制冷剂基本属‍于CFCs 物质, 都有较高的ODP 值。因而,第3 代‍制冷剂以维护臭氧层为挑选规范。但是,‍卤代烃制冷剂的长时刻很多运用,大家依然重视该‍类物质中的氟化物( 即HFCs)。

  ‍无毒、不燃且ODP为零的‍制冷剂所剩无几(甲烷系R23,乙烷系R134a),而‍且它们难以达到本来CFCs‍或HCFCs‍的热力性‍能。这时,‍大家选用混合的办法博采所长,‍故而出‍现了很多混合制冷剂。

  大家对第1‍代制冷剂中的天然制冷剂从头‍进行了研讨和评价,‍尤其是氨、二氧化碳、碳氢化‍合物和水以及空气等遭到格外重视。

  2.4第4‍代制冷剂[1,2,3]‍

  第3‍代制冷剂成功地削减了臭氧层耗费,‍但‍是,‍构成鲜明对比的是全球气候变暖的趋势愈加‍严峻,全球平均空气与海洋温度上升,‍冰雪大范‍围消融,‍全球平均海平面上升等景象已很明显[‍1]‍。‍依照联合国气候变化结构条约(‍UNFCCC)‍的5‍京‍都议定书6的规则:‍二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、HF2‍Cs,‍PFC‍和SF6‍等6‍类气体均归于温室气体,‍对发‍达国家提出了削减温室气体排放的请求。第3‍代‍制冷剂HFCs‍都有很高的全球温室效应潜能值,‍某些国家中已对或许即将对这些‍制冷剂运用进行征税。这就使得开展第4‍代制冷‍剂火烧眉毛。第4‍代制冷剂候选物质的情况,‍它们的‍热力功能和安全性相对CFCs‍和H‍CFCs‍都差强‍人意,‍可以看出,‍如今在选用第4‍代制冷剂方面遇‍到了前所未有的应战。‍‍

  3.制冷剂运用现状

  如今运用较多的制冷剂是CFCs 和HCFCs,其次是HFCs。关于CFCs 发达国家已于1996年1月1日起制止出产和运用,但一些开展中国家依然在运用。CFCs 的禁用是由于CFCs 会在大气中割裂并释放出损坏臭氧层的氯原子。据UNEP(联合国环境规划署)供给的资料,假如平流层的臭氧总量削减1%,估计到达地面的有害紫外线将添加2%。有害紫外线的添加,会发生以下一些损害:下降人的免疫力,使皮肤癌和白内障患者添加,使传染病的发病率添加;损坏生态系统,使植物的成长和光合效果遭到按捺,使农作物减产。也许致使某些生物物种的骤变,导致新的环境疑问。因而维护臭氧现已导致了各国的高度重视,变成一项全球性的急迫使命。而HCFCs 与HFCs 相同可以损坏臭氧,两者只不过是所含的氯原子多少不一样罢了。一起CFCs、HCFCs 和HFCs 制冷剂都被认为是温室气体,它们对全球气候变暖影响的巨细,取决于它们吸收红外能量的才能和它们在大气中连续的时刻,可用GWP(全球变暖潜值)来衡量它们对全球变暖效果的巨细,其巨细是相关于CO2 的温室效应而言的,规则CO2的GWP值为1。物质关于臭氧层损坏才能的巨细是以ODP(大气臭氧层损耗潜能值)来衡量的,以CFC11 为基准,规则CFC11 的ODP值为1。

  温室效应将导致气候变化,如今世界社会所评论的气候变化疑问,首要是指温室气体添加发生的气候变暖疑问。近年来,世界各国呈现了几百年来历史上最热的气候,厄尔尼诺景象也频频发作,给各国形成了巨大经济损失。人类对气候变化,格外是气候变暖,所致使的气候灾祸的习惯才能是适当弱的,需求采纳举动防备。按如今的一些开展趋势,科学家猜测有也许呈现的影响和损害有:海平面上升;影响农业和天然生态系统;加重洪涝、干旱及其他气候灾祸;影响人类健康。

  4.制冷剂的开展趋势

  总的来说制冷剂的开展趋势应当满意生态环境可持续开展的请求,并且推动其进一步开展。依据可持续开展中经济开展与维护资源、维护生态环境的协调一致的中心请求,制冷剂的开展方向有两个:

  第一是环保,运用绿色环保的制冷剂现已是大势所趋,绿色环保制冷剂可所以构成的,也可所以天然的,尽管构成的环保制冷剂也对臭氧不会形成损坏,但从地球生态的可持续开展来看天然制冷剂是最理想的挑选,由于天然制冷剂本来即是地球生态系统中存在的,无论是运用仍是排放到环境中,取之于天然回之于天然,对环境的影响比构成制冷剂都小的多,信任跟着技能的不断进步,天然制冷剂必将大有开展。

  第二是节能,跟着大家生活水平的进步制冷空调等设备越来越遍及,一起其耗费的很多的动力也越来越导致大家的留意,中国电监会的一项查询显现,电力吃紧,其间空调制冷负荷快速增长是不行忽略要素。而电能的发生又要耗费很多的化石燃料,如煤、石油等,不光形成很多的不行再生动力的耗费,并且焚烧产品如CO2 等还可导致温室效应等环境疑问。因而除了改善制冷技能外还可从制冷剂上下手,经过研发新式节能制冷剂下降制冷空调设备的能耗也是一个开展方向。

  如今构成制冷剂方面首要有以下几种:

  (1)R134a R134a 的ODP=0,GWP=420,不行燃,无毒,无味,运用安全,其热物性质与R12 非常挨近,可用来代替R12,用于汽车空调和家用冰箱等范畴。但运用R134a,会使能耗增大,且与CFC—12 用的润滑油不相溶,与资料的兼容性方面也不一样CFC- 12。别的它仍是一种温室效应气体,所以依然存在必定的缺点。

  (2)R152a 从物化性方面看HFC- 152a 也与CFC- 12 挨近,用R152a 代替R12 后能耗可下降3%~7%,但其在空气中含量达4.8%-16.8%时具有可燃性,因而推广运用收到必定的约束。而它可与其它物质混合,构成非共沸混合物来代替CFC- 12。

  (3)R410A R410A 是近共沸混合制冷剂,是由质量分数为50%R32 和50%R125 构成。ODP=0,首要用来代替R22,单位容积制冷量较大,传热功能及活动功能较好,但同温度下压力值比R22 高约60%。

  (4)R407C R407C 对错共沸混合制冷剂,是由质量分数为23%的R32、25%的R125 和51%的R134a 构成,ODP=0,单位容积制冷量大,但传热功能较差。[5]

  天然制冷剂方面首要有:

  (5) 碳氢化合物如今作为制冷剂运用的碳氢化合物首要是丙烷

  (R290)、丁烷(R600)和异丁烷(R600a)等,其间R600a 已在欧洲和一些开展中国家广泛用于冰箱中,并且它契合《京都议定书》的请求,ODP=0,GWP=15,环保功能好,本钱低,运转压力低,噪声小,但其易燃,易爆。此外R290 和R600a 构成的混合制冷剂也有必定的开展运用。

  (6)氨(R717) 氨已被运用达120 年之久而至今仍在运用。其ODP=0、GWP=0,具有优秀的热力性质,报价廉且容易检漏。不过氨有毒性并且可燃,应当导致留意,不过一百多年的运用记载标明,氨的事端率是很低的,今后有必要找到更好的安全办法,如削减充灌量,选用螺杆式紧缩机,引进板式换热器等等。但是,其油溶性、与某些资料不容性、高的排气温度等疑问也需合理处理。看来,NH3 会有更大的商场比例。[6]

  (7)二氧化碳(R744) CO2 是天然界天然存在的物质,ODP=0,GWP=1。来历广泛、本钱低价,CO2 安全无毒,不行燃,习惯各种润滑油常用机械零部件资料,即便在高温下也不分解发生有害气体。CO2 的蒸腾潜热较大,单位容积制冷量适当高,故紧缩机及部件尺度较小;绝热指数较高K=1.30,紧缩机压比约为2.5~3.0,比其它制冷系统低,容积功率相对较大,挨近于最好经济水平,有很大的开展潜力。