當前R22制冷劑的生產現狀和替代品的發展前景

[摘 要]自2007年9月在加拿大蒙特利爾召開的《蒙特利爾議定書》第19次締約方會議，通過了加速淘汰HCFCs的調整方案。其中規定發達國家2010年HCFCs的使用量減少75%，2015年減少90%，2020—2030年只保留0.5%用于維修；對于發展中國家，HCFCs的用量以2009年和2010的平均水平為基準，2015年減少15%，2020年減少35%，2025年減少67.5%，2030—2040年，只留2.5%用于平時的維修使用。其中R22被限定2020年淘汰。中國作為是世界上最大的R22的生產國，因此其的生產情況和替代品的選擇變得尤為重要。

[關鍵詞]R22制冷劑；生產現狀；發展趨勢

中圖分類號：TB64 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）17-0226-01

1 當前 R22制冷劑在行業中的發展

制冷行業制冷劑仍然是HCFC類制冷劑，其中R22作為替代R12的重要工質，上個世紀末以來獲得了高速發展。因其對臭氧層的破壞很小ODP值（臭氧破壞系數）僅0.05，有一定的GWP值（溫室效應潛能值）為1700，所以制冷空調產品的制冷劑選用上R22占據十分重要的地位，人們在R22制冷劑的設計、制造、運行、維修等方面已成功地積累了數十年的經驗，正是由于R22的ODP值為0.05，對臭氧層有一定的破壞作用。因此，也被列為必須被取代的制冷劑。但這對已經成型的制冷方面的企業無疑是致命的打擊，如上游的制冷劑行業、整機制造企業等在內的中國空調制冷行業整體。HCFC的提前淘汰首先將給中國的制冷劑生產企業帶來革命性的影響。

2 當前R22制冷劑的生產現狀

氟化工的原材料比較豐富，良好的投資環境、廣闊的市場空間及相對低廉的制造成本，成為氟化工產業發展的重要動力。據統計，螢石、氟化氫、氟化鋁、HCFC-22的產量均居全球第一，且氟化工市場總體上正以15%～20%的速度增長，與美國、日本、歐盟一道成為世界4大氟產品的生產和消費區。但是，氟化工產品大都是廉價的初級產品，高附加值品種、高尖端領域的市場仍然被國外產品所主導和占據。國內HCFCs的生產概況HCFCs主要包括HCFC-22，HCFC-142b，HCFC-141b和HCFC-123等，其中，以HCFC-22為主，占到了全部HCFCs量的約70%。HCFC-22可作為制冷劑、發泡劑等ODS消費用途，也可以作為原料生產PTFE高分子材料.據中國制冷空調工業協會統計[3]：在HCFCs行業消耗總額中R22占到99%，2008年國內家用空調使用的R22大約為5.71萬噸，商用空調的使用的R22大約為4.13萬噸，HCFCs的使用總量達到10.46萬噸，目前每年仍以20%以上的速度增長，預計到2013凍結用量為13.81萬噸。

3 制冷劑的發展趨勢

3.1 制冷劑替代品選擇原則

從制冷行業的健康、長久、可持續發展出發，制冷劑的選擇不僅要遵守《蒙特利爾議定書》和《京都議定書》，同時要保證環保、安全，擁有良好的熱力性能等。因此，選擇替代制冷劑應該遵守以下原則：

（1）臭氧損耗潛值ODP和變暖影響總當量TEWI盡可能的小；

（2）優良的熱力性能；

（3）制冷劑的毒性可燃性低，有較高的安全性；

（4）系統的耐久性，包括熱力學、化學穩定性和材料與潤滑油的相容性等；

（5）制冷劑的制造成本要低，生產工藝要簡單，便于推廣；

3.2 新一代制冷劑的趨勢

在環保和可發展的大趨勢下。急需解決的R22的替代品的發展方向會在哪呢？經歷了前三代[7]的發展，在第四代的研究中把目標的著重點重新設在了第一代制冷劑的身上已經是大部分專家的共識。第一代制冷劑即可再生天然工質。主要包括氨、二氧化碳及丙烷等碳氫化合物，還包括水、空氣以及用于低溫制冷的甲烷、氦、氮等。CO2最具競爭力，在可燃性和毒性有嚴格限制的場合，CO2是最理想的。CO2制冷劑是一種安全無毒、不可燃的自然工質，不破壞臭氧層，溫室效應系數GWP=1，價格低廉，不需回收，可降低設備報廢處理成本。CO2的熱力性質很好，單位容積制冷量為人工制冷劑的3～10倍。經過汽車空調的實驗，CO2系統的效率雖比R12系統的效率低一些，但是CO2系統的效率提高具有很大的潛力。因此，CO2系統成為新一代制冷劑中關注的重點。但其的單一使用存在著諸多問題需要解決，所以天然劑的在復合使用系統應是未來的發展趨勢。如其中CO2與氨復疊式系統就是一種可行性非常強的替代品。如上所述，CO2制冷劑是一種具有很大潛力的天然制冷劑。但是，CO2的臨界溫度僅31.1℃，即高于該溫度就無法冷凝。利用復疊系統，解決了該問題。CO2/NH3復疊式制冷系統可揚長避短，發揮了二種制冷劑的優點，避開了它們的缺點，其特點是：

（1） 二種制冷劑均為天然物質，純CO2液體比NH3液便宜，ODP和GWP可視為0。

（2） 二種制冷劑各自成為一個獨立制冷系統，CO2在低壓級運行，而NH3則在高壓級運行。這樣既避免了CO2制冷系統的冷凝壓力超臨界壓力，采用復疊式系統不僅能夠滿足環保的要求，而且能夠滿足工業安全的要求。

（3） 系統更為緊湊，減少了系統灌氨量。CO2低壓級吸入壓力約1.3MPa。

（4） 排出壓力3.5MPa，大大降低了系統承受的壓力。

（5） CO2的運動粘度較低，在0℃時飽和液體運動粘度為氨的5.2%且飽和蒸汽的運動粘度只是氨的31%，這樣可以提高CO2流速而壓降不會太大。節流后各回路間制冷劑的分配比較均勻，使CO2系統有更少的回路、更高的系統負荷、更緊湊的蒸發器。

（6） CO2單位容積制冷量相當高，在0℃為NH3的5.18倍，這意味著相同的制冷負荷下，CO2制冷壓縮機的部件尺寸、閥門、管道的截面積比NH3制冷系統小，CO2的系統灌注量也少，相應減少單位冷量的軸功率，故CO2/NH3制冷系統在滿負荷和50%負荷時，它的單位冷量耗功均低于雙級NH3系統，這些優點體現在節省系統的基建投資和日常的運行費用。

（7） 庫房內的蒸發器中運行的是CO2，克服了氨的安全問題。文獻[13]報道了一個實際裝置的配置，該系統CO2的蒸發溫度為-42℃，冷凝溫度-11℃，CO2充

注量2500kg，氨的充注量240kg。CO2回路配備兩往復式壓縮機，制冷量分別為210kW和140kW，循環貯液器4.745m3。

4 結語

在當前環保與節能的的倆大前提下，制冷劑朝著天然可再生發展已避不可免，《蒙特利爾議定書》協議書已經明確規定各個國家要在未來幾年內淘汰HCFCs，含氟制冷劑產品的最大生產和消費基地，而其中R22制冷劑的產品份額占到了90%。未來幾年內R22制冷劑的替代品的發展將會對制冷空調行業的制冷發展以及新型天然制冷劑的應用產生非常大的影響。在目前的各種制冷劑替代品的探索中，想要找到一種更復雜的化合物制冷劑來完美替代目前已經非常成熟的HCFCs幾乎是不可能的，而與之相對的第一代制冷劑的環保和節能性引起了廣泛的注意，但是單一的使用某一種天然物質顯然很難克服其本身性質上的缺陷，但混合和重疊幾種不同的天然物質卻能使其成為可能。

參考文獻：

[1]毛海萍.R22氟利昂制冷劑的替代[J].壓縮機技術，2011，No.22703：27-29.

[2]王鑫，李宗帥，徐強，孫森.當前制冷劑替代品發展態勢及我國制冷劑生產現狀[J].制冷與空調，2011，v.1101：110-115.

[3]楊昭，吳曦，尹海蛟，劉煥衛.低溫室效應HCFCs替代物性能分析[J].制冷學報，2011，v.32；No.13701：1-6.

作者簡介：

漆彬（1988.2）男；民族：漢族；籍貫：湖南省永州市祁陽縣、2014年畢業于武漢理工大學機械工程專業。現供職廣東美的暖通設備有限公司，結構設計開發工程師崗位，碩士學位、主要從事商用多聯機空調研發，郵編：528311