制冷剂及替代技术

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– R600a的特点:ODP=0;GWP=3 – R134a的特性:ODP=0;GWP=1300
• R600可燃易爆,R134a不可燃。在美国、 日本等国采用R134a;而在欧洲却大量采用 R600a。
美日派:可燃,不 安全,且不可保证 无其它环保问题, 主张采用R134a替 代R12(134a须采用 POE[酯类]油或 PAG[醚类油])
•目前,大气层中的臭氧有多少呢?
–如果把大气层中的臭氧折算成一个大气压下 的纯气体,并包裹地球,则约为3mm厚(即 300DU,因此也被称为是3mm厚的“防辐射 太空衣” –而当某个地区的上空臭氧折算厚度小于2mm 时,即称为“臭氧空洞”
• 大气臭氧层的现状如何?
2003
– 实际上,不仅含氯原子的气体都可能对臭氧层 造成破坏;含溴原子物质对臭氧层的破坏作用 更强(但含溴元素的物质较少,主要为灭火剂哈龙)(而氟原子对臭氧无破坏作用)
•它们有哪些呢?
–制冷剂;制冷业所用的发泡剂(生产泡沫用); 灭火剂 •如何来衡量这些物质对臭氧层的破坏作用呢?
–臭氧损耗潜能(ODP;以CFC-11为1) –注:另为了衡量物质造成的温室效应,另 有GWP指标(以CO2为1)
• 对于臭氧层的破坏现状,如何应对?
–1974年,伍德.罗兰(S.Rowland)和马里奥.莫利 纳(M.Molina)提出:破坏大气臭氧层的是CFCs含 氯物质(二人因此获95年诺贝尔奖) –1984年,南极上空发现了“臭氧空洞” –1985年3月,21个国家及欧共体签署《保护臭氧 层维也纳公约》 –1987年9月,划时代的《关于臭氧层物质的蒙特 利尔议定书》,规定了缔约国限制使用至淘汰臭 氧层破坏物质的时间表。 –随后,形成一系列的修正案,加快了臭氧层破 坏物质的限制、淘汰速度。
R600a? R134a?
欧盟派:保证不泄 漏,充注量极少 (如冰箱、打火 机),整机防爆设 计;且R134a的 GWP高,属温室效 应气体,早晚会被 淘汰, 采用R600a, 与R12 润滑油都用 MO
• R600a替代R12:
– 电脑板置于箱体外, 避免电火花引火;限 制各元器件表面温度 (如融霜加热管), 采用防爆器件(电机、 风扇、电灯、接插件) – 制冷剂充注量不可高 于150g. – 防爆防燃:即便爆炸, 火焰瞬灭,无燃烧痕 – 强化生产管理,车间 自动探漏灭火装置 – 制冷剂管道强度与防 漏(焊缝)检验标准 更严。
二氟二氯甲烷(CCl2F2) R12
碳氢化合物(烃类)
Biblioteka Baidu
不饱和碳氢化合物和卤代烯
烷烃类
编号 与氟利昂编号方法相同
R50 举例 乙烷 (C2H6) R170
烯烃类
编号 R1+氟利昂编号方法 举例 乙烯 (C2H4) R1150 丙烯 (C3H6) R1270
甲烷(CH4)
共沸(液体)制冷剂
组成 由两种或两种以上的制冷剂按一定的比例混合而成,在气化或液化 过程中,蒸气成分与溶液成分始终保持相同;在既定压力下,发生 相变时对应的温度保持不变。 质量百分比 编号 举例 R502 = R22/R115 (48.8/51.2) R5XX R500 = R152a/R12(26.2/73.8)
– 而氟利昂是1930S出现,可见其对地球环境破坏能力强\速度快,因 此氟利昂1990S后成为严控生产/销售的物质.
• 全球变暖:空气中的水蒸汽\CO2,以及其它微量气体如 CH4,O3,CFCs等,使太阳辐射(主要是短波)无衰减到达地球,同 时吸收地球辐射(主要是长波),然后再反射回地球,使地球向太 空辐射的能量减少,因此被为温室气体,由此产生的效应叫”温 室效应”,目前温室效应的起主导作用(约96%)仍是CO2,而 CO2排放源主要是火力发电厂排放\汽车尾气排放. • 行业用分别ODP\GWP值代表某种气体对臭氧层的破坏能力以 及温室效应的大小,值越大,对地球环境的破坏作用越大.
– 结果:经优化设计:R600a冰箱比R12冰箱耗电量 降低12%,噪声降低2dBA. – 科龙、海尔、小天鹅等经数千万台的生产与消费的 考验,目前基本无产品安全问题。
R134a替代R12: •容积制冷量比R12小8%;需采用更大压缩机 •蒸发压力低于R12,冷凝压力高于R12;换热器性能应更好 •与R134a相配的POE油吸水性极强;干燥器应更好,焊接, 抽 真空要求更高;R134a分子渗透性更强,极易泄漏。
制冷剂与环保
制冷空调综合基础拓展类知识讲座
• 什么是制冷剂?
• 制冷剂是在制冷装置中循环工作,利用集态变 化使制冷装置实现从低温环境吸热,向高温环 境放热的一种物质。
制冷剂的发展历程
• 第一阶段:自法国工程师尼古拉· 莱昂纳尔· 萨迪· 卡 诺于1824年提出 卡诺循环以来,到1930s,主要采 用了NH3,CO2,HCs,空气等做为工质,缺点是 效率低,易燃。
• 自2000年以来,臭氧空洞扩大的速度在逐渐放缓, 个别年份对比,还有减小的情况
• 2006年世界气象组织 (World Meteorological Organization/United)臭氧损耗科学评估国家环境项目 (Nations Environment Programme Scientific Assessment of Ozone Depletion)推断臭氧空洞的恢复在较近的未来每年 仍会有起伏,到大约2065年的时候才会完全恢复。(ODP物 质在平流层在寿命达数百年:500年后,只有40%的R12被分 解成无害物。
注: 表中数据指CFCs 物质
目前,CFCs已基本全面停止生产,中国于2007年7月1日 (按蒙条约北京修正案-1999年,定于2010年停止)全面 停止了CFCs制冷剂原料及制冷产品的生产。
• 在整个工作中,欧盟一直走在世界的前列, 体现了良好的环保责任。 • 按照北京修正案(99年),中国在2016年 起HCFCs开始冻结在2015年水平,以后逐 年递减,至2040年全部淘汰。 • 但2007年,在蒙特利尔举行的条约20周年 会议,决定加速HCFC淘汰:
已经商品化的共沸混合物,依应用先后在500序号中顺次地规定其识别编号。
非共沸(液体)制冷剂
组成 由两种或两种以上的制冷剂按一定的比例混合而成。在定压 下气化或液化过程中,蒸气成分与溶液成分不断变化,对应 的温度也不断变化。 R4XX R407c 举例 R404a R125/R143a/R134a(44:52:4(%)) R32/R125/R134a(23:25:52(%))
制冷剂分类与命名
制冷剂
在制冷装置内完成热力循环的工质
制冷剂的种类与编号 (1) 无机化合物 如水、氨、二氧化碳等 (2) 饱和烃的卤化物(氟利昂) 如R12、R22、R134a等 (3) 碳氢化合物(烃类) 如丙烷、异丁烷等 (4) 共沸制冷剂 如R502等 (5) 非共沸制冷剂 如R407C等
也可按照制冷剂的标准蒸发温度,将其分为三类
• 臭氧在地球的什么地方?
• 臭氧有什么作用?
– 1 吸收280-315nm段的紫外线(UV-B)
若过多UV—B辐 射地球,则会使: •人易患皮肤癌; •白内障患者增多; •海洋生态恶化; 地表臭氧增多, 酸雨增多,空气 恶化。
– 2 臭氧本身是温室气体(因为吸收了紫外线能量, 温度会升高;在平流层吸收紫外线,造成平流层 温度升高,对地球影响不大,而地表的臭氧则会 使形成温室效应。 – 3 臭氧本身会产生光化学反应(类似于汽车尾 气)会加剧空气污染。 –注:可见臭氧对人类并不都是有利的,只有处 于平流层(10-50km)的臭氧对人类才是有利的。
• 氟利昂??
Thomas Midgley, Jr.在1928年发明了氯氟碳气体), 并将其命名为氟利昂(Freon)。 之后,杜邦公司将 Freon做为所生产的CFC、HCFC类制冷剂的商标, 其中每一类制冷剂名称还包括一个数字,以表示其 成分的分子组成(例如R-11, R-12, R-22)。后来,被 用来泛指CFCs\HCFCs\HFCs类制冷剂: 注:(1)在制冷技术领域,是将饱和烃的卤代物 命名为氟利昂;(2)在制冷行业消费品市场领域, 人们将对大气臭氧在破坏作用的饱和烃俗称为氟利 昂(比如许多厂商宣称R134a的冰箱是无氟冰箱)
编号
已经商品化的非共沸混合物,依应用先后在400序号中顺次地规定其识别编号。
无机化合物
编号 R7XX 无机化合物的分子量 氨
R717 R718
举例 二氧化碳 R744 水
制冷剂替代
– 全球性环境问题(与制冷行业领域相关)的两个重要原因 素
• 臭氧层的破坏和耗损:1985年,英国科学家观测到南极上空出现 臭氧层空洞,并证实它与氟利昂分解的氯原子有关.
•第二阶段:1930s-1990s,当出现CFCs及HCFCs (即氟利昂)等之后,由于性能优良,制冷界迅速 采用了氟利昂物质做工质. 第三阶段:1990s后,由于氟利昂对大气臭氧层的 破坏作用,不得不予以淘汰。 注解 现阶段:采用HFCs或HCs.
CFCs:无氢原子的氯氟代烃; HCFCs:氢氯氟代烃 HFCs:氢氟代烃(无氯) HCs:碳氢化合物
•系统中密封件不可采用氟橡胶;更换
•R12检漏仪是检氯元素的,需更换。
• 国内R134a和R600a的现状:
– 国内制冷剂的生产厂家主要有: – 中化(金珠)近代;浙江巨化;金莱尔化工;金陵石化; 蓝天化工集团金华华森公司等 – 目前,国产R134a产能在10万吨左右,而R600a在1.5-2 万吨,已开始占领国外制冷剂市场。
高温(低压)制冷剂
中温(中压)制冷剂
低温(高压)制冷剂
ts>0℃ Pc≤0.2~0.3MPa
0℃>ts>-60℃, 0.3MPa<Pc<2.0MPa
ts≤-60℃
制冷剂的编号表示方法
卤代烃
分子式 CmHnFxClyBrz n+ x+ y+ z = 2m+2 编号 R(m-1)(n+1)x(a,b…)Bz 同分异构体 溴分子数,为0,B可省略 举例 二氟一氯甲烷(CHClF2) R22
• 那么氟利昂又是如何破坏臭氧层呢?
•由于臭氧层的存 在,使得平流层 温度出现下层温 度低,上层温度 高的现象,从而 使平流层的气体 不能形成上下的 对流,地表的气 体由于自然对流 上升至平流层后, 由于无法再继续 上升,故迅速沿 平流层扩散至地 球的各区上空。
• 地表的氟利昂上升至平流层并扩散至地球各区,由 于地球的平流层在两极的高度最低,因此氟利昂上 升并扩散过程中,最先在两极遇到平流层及臭氧, 受到强烈紫外线照射,分子链断裂,分解出氯原子 (就如同氧气分子被分解出氧原子一样),这些氯 原子就可以做为催化剂,破坏平流层的臭氧。
– 要求其消费量和生产量分别选择2009与2010的平均水平 作为基准,在2013年将生产量和消费量冻结在此基准线上, 到2015削减10%,到2020年削减35%,到2025年削减 67.5%,在2030年提前完成生产量与消费量的逐步淘汰, 但是在2030-2040年期间允许有平均每年2.5%的数量供维 修用。
• 大气臭氧为什么会被破坏?
CL只是催化剂,破坏臭 氧过程并不消耗CL,因 此一个氯原子可破坏无 数个臭氧分子。
臭氧会自动形成吗?
– 太阳光线中的紫外线分为长波和短波两种,当 大气中(含有21%)的氧气分子受到短波紫外 线照射时,氧分子会分解成原子状态。氧原子 的不稳定性极强,极易与其他物质发生反应。 如与氢(H2)反应生成水(H2O),与碳(C) 反应生成二氧化碳(CO2)。同样的,与氧分 子(O2)反应时,就形成了臭氧(O3)。 – 同样,臭氧(O3)也可在紫外线的照射下分解 成O2+O,因此如果没有人为或人工合成的化学 品出现前,臭氧层的厚度是保持动态平衡的。 –
• 然而,2008年,出现了较大的臭氧空洞,说明臭 氧层的问题仍很艰巨。
• “今年南极臭氧层空洞面积的波动再一次说明,臭氧层的恢复 2003 不是一朝一夕的事情。”中科院大气物理研究所王庚辰研究员 说。
• 中国空调行业仍有80%采用HCFCs,已是世 界最大的HCFCs生产国和消费国,有义务、 有责任做好HCFCs的限用与淘汰工作。 • 目前,国产空调中80%左右采用HCFCs,环 保冷媒不到20%,且以出口为主(出口到 欧美),应培育意识与强制法规 采用环保制冷剂需注意哪些问题? 以R134a,R600a替代R12为例
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