提要
本文介绍了关于氟利昂物质的基础知识及其环境效应 着重阐述了氯氟烃类制冷剂替代技术的研究开发现状与发展方向。
1 氯氟烃物质与氟利昂物质
在氯氟烃物质 CFCs 已经限制生产并即将禁止使用的今天 人们常误把氯氟烃物质完全赞同于氟利昂物质。其实氯氟烃物质是属于氟利昂物质中的一种由于这种物质严重破坏大气臭氧层故专门称之为氯氟烃物质以区别于其他氟利昂物质。氟利昂物质是饱和碳氢化合物饱和烃的卤族衍生物的总称，本世纪30年代开始用作制冷剂，它的出现解决了对制冷剂有各种要求的问题。根据饱和碳氢化合物是甲烷 CH4 或乙烷 C2F6 的不同，氟利昂物质分为甲烷族与乙
烷族 如图1和图2所示，两者均可排为以氢 H 、氯 Cl 、氟 F 三元素为顶点的三角形，其中甲烷或乙烷中的氢部分或全部被氯、氟置换，按照氢元素被卤元素置换的情况 氟利昂物质可分为六种乙烷族氟利昂物质
第一种是全氟代烃 PFC 即饱和碳氢化合物中的氢完全被氟置换 如CF4与C2F6。它们不燃、无毒 极其稳定 即使进入大气平流层也不易分解 因而对臭氧层不产生影响。
第二种是氯氟烃 CFC 即饱和烃中的氢元素完全被氯元素和氟元素置换，如R11、R12、R13、R111、R112、R113、R114、R1115。它们极稳定。生存期长达几十年至上百年 穿越大气对流层进入平流层受紫外线照射后产生对臭氧层有严重破坏作用的Cl和ClO。以R11 CFC-11 氟利昂11 为例
紫外线照射
CCl3F→CCl2F+ Cl
Cl+O3→CCl O+ O2
Cl+O→Cl + O2
而且 Cl O +NO→NO2+ Cl
因此 一个氯离子由于连锁反应破坏上万个O3分子。
第三种氢氟烃 HFC 即饱和烃中的氢元素中只有一部分被氟元素置换的，如R41、R32、R23、R161、R152a、R 143a、R134a、R125。它们不可能分解产生氯原子，因而不破坏臭氧层。
第四种是氢氯氟烃 HCFC 即饱和烃中的氢元素部分被氯、氟置换 即图
1和图2中去掉最外一层化合物后剩余的部分 甲烷族和乙烷族各有3种和10种。由于这类物质相对不稳定 在到达平流层前已经分解因此对臭氧层的破坏作用较小。
第五种氢氯烃 HCC 即饱和烃中的氢元素部分被氯元素置换。
第六种是全氯代烃 PCC 如R10、R110 它们具有强毒性。 再者由图2可见 在乙烷氟利昂物质中 存在a b等异性体如R134a、
R142b等。所谓异性体是指分子式相同但性质不同的化合物 根据碳原子与氯、氟、氢等元素结合的平衡程度排列 b的不平衡程度低于a。 至于氟利昂物质中 氯元素被溴元素置换后 称为哈龙。例如 R12B1
哈龙1211 分子式为CClBrF2 R13Bl 哈龙1301 分子式为CBrF3等。主要用于灭火 对大气臭氧层有严重破坏作用。
氯氟烃是破坏平流层中臭氧层的主要因素之一。同时 氯氟烃和其他氟利昂物质还是造成全球性温室效应的因素之一。表1给出部分氯氟烃物质和其他氟利昂物质造成臭氧层耗减和温室效应的指标。
表1
代码种类公式大气压下沸点℃ 臭氧耗减替能ODP
R11-1 全球变暖潜能GWP
CO2-1 受控物质与否可燃否完成毒性试验R11CFCCCl2F23.8211500是否是汽车氟利昂
R12CFCCCl2F2-29.7914500是否是R22HCFCCH ClF2-40.760.05510 否 否是
R32HFCCH2F2-56.610 否否是R113CFCC2 Cl3F347.570.82100是否是
R114CFCC2 Cl2F43.611.05500是否是R115CFCC2 ClF5-39.110.67400 否 否
是R123HCFCC2 HCl2F327.610.0229 否 否1992/3R124HCFCC2 HClF4-
12.000.02150否否1994/5R125HFCC2 HF5-48.500860否否1994/5R134aHFCC2
H2F4-26.50420否否1992/3R141bHCFCC2 H3Cl2F32.000.08150 否 轻微
1992/3R142bHCFCC2 H3ClF2-9.780.06540否轻微是R143aHFCC2 H3F3-
47.7101600是轻微是R152aHFCC2 H4F2-25.00047否中等是
R500CFC/CFCR12/r152a-33.500.743333是否是R502HCFC/HCFCR22/R115-
45.440.334038是否是H1211哈龙CClF2Br 3.0?是否是H1301哈龙CF3Br
10.05800是否是H2402哈龙C2F4Br2 6.0?是否是
2 氯氟烃制冷系统的替代
为了保护臭氧层 控制氯氟烃制冷剂的使用 人们从两个途径探索解决即寻求合宜的替代制冷剂和采用其他制冷方法。 就其他制冷方式来说 有吸收式制冷、斯特林循环制冷、热电制
冷和磁制冷等。其中热电制冷可用于小型制冷装置、但由于半导体材料始终没有突出进展，故效率很低，且造价高。磁制冷机目前用于超低温制冷 而常温磁制冷尚处理研究阶段 且不宜作为空调冷源。至于斯特林制冷机虽然目前尚仅用于准备间红外一观测的低温冷却 但被认为是有发展前途的制冷循环。斯特林制冷机理论上是由两个等温过程和两个等容过程组成的定容回热气体制冷循环。其优点是构造简单 理论效率高。但是为了防止润滑密封对工质的污染，目前采用无润滑密封 因此 提高制冷机的寿命和可靠性以及蓄冷器的研究均是非常重要的课题。这样 只有吸收式制冷是当前可以采用的、有前途的制冷机
目前正在开发研制的三效溴化锂吸收式冷水机的性能系数可达1.5 颇具竞争能力。关于这方面的问题就不多作论述 下面仅就替代制冷剂进行讨论。
替代制冷剂应满足以下三方面基本要求
①对环境安全。最近国际专家会议讨论认为 要恢复环境安全 所选用的替代工质的臭氧耗减潜能ODP值必须小于0.1 全球变暖潜能GWP值相对于CFC-12来说必须很小。
发布评论