CN106543966A - 一种替代r‑134a的制冷剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于制冷剂领域，具体涉及一种替代R‑134A的制冷剂及其制备方法。该制冷剂由以下重量份数的各原料充分混合而成：异丁烷20‑32份；丙烷36‑48份；七氟丙烷26‑38份。其制备方法包括如下步骤：S1.原料的纯度进行检测，确保其纯度达到制冷剂级标准；S2.使用清洗试剂对压力容器进行清洗；S3.将清洗完成的压力容器抽真空；S4.按照重量份数配比将达标的原料加入抽真空后的压力容器中并混合得混合物料；S5.将S4中的混合物料取样，检测其内各组分是否满足相应的重量份数配比。本发明提供的替换R‑134A的制冷剂不需要更换任何原有制冷设备、不做调整就可投入使用，极大节省改造成本；节能效果好，比原R‑134A制冷剂节能18‑25％。

Description

一种替代R-134A的制冷剂及其制备方法
技术领域
本发明属于制冷剂领域，具体涉及一种替代R-134A的制冷剂及其制备方法。
背景技术
众所周知，近年来CFC(氟里昂)和HCFC等含氟制冷工质的大量使用，对地球臭氧层产生了严重破坏，南北两极相继发现存在臭氧空洞或臭氧亏损。随着经济的不断发展，含氟制冷工质的使用量不断增加，我国已成为发展中国家最大的ODS(臭氧层耗损物质)生产国和消费国。如果任由臭氧低谷现象发展下去，世界屋脊——青藏高原上空将有可能继南北两极之后出现世界第三大臭氧空洞，给人类带来极大的危害。2009年哥本哈根世界气候变化峰会后，我国政府正式批准了《哥本哈根协议》，并承诺立即开始执行低碳排放的约束性指标。按照《蒙特利尔议定书》的规定，我国将在2010年1月1日全面禁用HCFCs(含氢氟氯烃)类物质。国家在推行“十二五”规划以来，也要求单位GDP能耗降低20％左右，主要污染物排放总量减少10％左右。为有效履行自身的国际义务，为实现自己庄重的国际承诺，我国迫切需要按照可持续发展中经济发展与保护资源、保护生态环境协调一致的核心要求，寻求绿色环保、高效节能的天然制冷工质。为了我们的子孙后代，我们的出路只有一条，就是：全面停止生产和使用ODS(臭氧层耗损物质)制冷剂，开发和使用绿色环保型制冷剂。国家在推行“十二五”规划以来，着重提出建筑节能，如商业项目中耗电最大是空调，占总项目耗电量的75％，办公场所以及家庭空调用电是总耗电中的85％。我国目前市面上的空调以2012年6月份前生产的三级能效以上的空调，都属于高耗能、高污染的设备。发达中国家以政府财政补贴来更换节能环保的新空调，而我国现在已使用节能环保空调只占空调总数的5％，以目前我国经济状态无法做到用财政补贴来更换新型空调，以达到建筑节能要求。
R-134A完全不破坏臭氧层，是当前世界绝大多数国家认可并推荐使用的环保制冷剂，也是目前主流的环保制冷剂，广泛用于大型中央空调、模块机组、商超陈列冷柜和大中小型冷库等新制冷空调设备上的初装和维修过程中的再添加，每年用量巨大。R-134A虽然完全不破坏臭氧层，具有一定的环保特点，但其也有不足：制冷时其节能效果一般，不能满足当前对高效节能制冷工质的要求；具有一定的水溶性，故对制冷系统不利，有水分存在时与润滑油等作用，会产生酸、二氧化碳或一氧化碳，对金属产生腐蚀作用，故对制冷系统的干燥和清洁要求高。
发明内容
为了克服R-134A制冷剂的不足，本发明提供了一种替代R-134A的制冷剂及其制备方法，其具有绿色环保、高效节能的特点。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种替代R-134A的制冷剂，其由以下重量份数的各原料充分混合而成：异丁烷20-32份；丙烷36-48份；七氟丙烷26-38份。
进一步，各原料的重量份数优选为：异丁烷22-30份；丙烷38-46份；七氟丙烷28-36份。
进一步，各原料的重量份数优选为：异丁烷24-28份；丙烷38-46份；七氟丙烷28-34份。
进一步，各原料的重量份数优选为：异丁烷25-27份；丙烷40-43份；七氟丙烷30-32份。
进一步，各原料的重量份数最佳为：异丁烷26.38份；丙烷42.47份；七氟丙烷31.15份。
本发明还提供上述替代R-134A的制冷剂的制备方法，其包括如下步骤：
S1.分别对异丁烷、丙烷和七氟丙烷原料的纯度进行检测，确保其纯度达到制冷剂级标准，备用；
S2.使用清洗试剂对压力容器进行清洗；
S3.将S2中清洗完成的压力容器抽真空；
S4.按照相应的重量份数配比将S1中备用的异丁烷、丙烷和七氟丙烷原料加入S3抽真空后的压力容器中，充分混合得混合物料；
S5.将S4中的混合物料取样，检测其内异丁烷、丙烷和七氟丙烷的含量是否满足相应的重量份数配比，若满足则得到的混合物料即为所述的替代R-134A的制冷剂。
其中，S1和S5中的检测均利用气相色谱仪完成。
具体的，S1中纯度达到制冷剂级标准指的是各原料的纯度均达到99.96wt％以上。
具体的，S2中的清洗试剂为S1中纯度达到制冷剂级标准的任一种原料。
具体的，S3中抽真空是指将压力容器内的绝对压强降至0-0.15Pa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明首创了氟产品R-134A替代领域的“drop in”(直接注入)和“add in”(随时添加)概念，即直接在原使用R-134A的制冷设备中注入或随时添加本发明提供的制冷剂就可使用，不需要更换制冷设备的任何零部件。本发明提供的制冷剂中七氟丙烷的水溶性小，不会与使用R-134的原设备中润滑油发生化学作用，与原设备中的润滑油兼容，故其不需要更换任何原有制冷设备、不做调整就可投入使用的制冷剂，避免了因制冷剂替换造成的巨大设备浪费而给用户带来的不必要的经济损失。本发明尤其适用于发展中国家，对于发展中国家，由于经济能力等多方面的限制，高耗能设备用户迫切要求能够直接替代或补充的制冷剂，只有这样才能在无需增加额外投资的情况下，解决发展中国家的高耗能氟产品替代问题。
(2)本发明提供的制冷剂直接替代R-134A后在原设备上测试，因其蒸发潜热大，单位时间降温速度更快，故其制冷效率高，经测试其节能率达到18-25％,节能效果好；因七氟丙烷具有比R-134A具有更好的阻燃性和更低的GWP值，故本发明提供的制冷剂不燃和不破坏臭氧层的同时，也不会产生温室效应。
(3)本发明提供的制冷剂因制冷效率高，故其充装量为R-134A的55％，经济实惠。
(4)本发明提供的制冷剂的制冷量比R-134A高出4％以上，可使压缩机提前卸载，同时本发明提供的制冷剂为混合制冷剂其平均分子量比R-134A小59％，流动性能更好，输送压力低，减轻了压缩机的工作压力，提前卸载及减轻工作压力均可有效延长压缩机的使用寿命。
(5)本发明提供的制冷剂的各组分的化学性质均较稳定，不含有化学活性好的烯烃，故其性能更稳定。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
一种替代R-134A的制冷剂，其由以下重量份数的各原料充分混合制成：异丁烷26.38份；丙烷42.47份；七氟丙烷31.15份。
其制备方法如下：
S1.分别对异丁烷、丙烷和七氟丙烷原料的纯度进行检测，确保其纯度达到99.96wt以上，备用；
S2.使用S1中纯度达标的丙烷作清洗试剂对压力容器进行清洗，清洗试剂用高压泵输入压力容器，清洗试剂的体积占压力容器容积的3％左右，晃动压力容器或搅拌其内的清洗试剂，充分清洗，清洗后将丙烷放净，并静置使残余丙烷蒸发干净，则压力容器清洗完成；
S3.将S2中清洗完成的压力容器抽真空，抽真空是指将压力容器内的绝对压强降至0-0.15Pa；
S4.按照上述的重量份数配比将S1中备用的异丁烷、丙烷和七氟丙烷原料加入S3抽真空后的压力容器中，充分混合得混合物料；
S5.将S4中的混合物料取样，检测其内异丁烷、丙烷和七氟丙烷的含量是否满足上述的重量份数配比，若满足则得到的混合物料即为所述的替代R-134A的制冷剂。
实施例2
一种替代R-134A的制冷剂，其由以下重量份数的各原料充分混合制成：异丁烷20份；丙烷36份；七氟丙烷26份。
其制备方法与实施例1相同。
实施例3
一种替代R-134A的制冷剂，其由以下重量份数的各原料充分混合制成：异丁烷32份；丙烷48份；七氟丙烷38份。
其制备方法与实施例1相同。
实施例4
一种替代R-134A的制冷剂，其由以下重量份数的各原料充分混合制成：异丁烷22份；丙烷38份；七氟丙烷36份。
其制备方法与实施例1相同。
实施例5
一种替代R-134A的制冷剂，其由以下重量份数的各原料充分混合制成：异丁烷30份；丙烷46份；七氟丙烷36份。
其制备方法基本与实施例1相同，不同点为清洗试剂为达到纯度标准的异丁烷。
实施例6
一种替代R-134A的制冷剂，其由以下重量份数的各原料充分混合制成：异丁烷24份；丙烷38份；七氟丙烷28份。
其制备方法基本与实施例1相同，不同点为清洗试剂为达到纯度标准的异丁烷。
实施例7
一种替代R-134A的制冷剂，其由以下重量份数的各原料充分混合制成：异丁烷28份；丙烷46份；七氟丙烷34份。
其制备方法基本与实施例1相同，不同点为清洗试剂为达到纯度标准的七氟丙烷。
实施例8
一种替代R-134A的制冷剂，其由以下重量份数的各原料充分混合制成：异丁烷25份；丙烷40份；七氟丙烷30份。
其制备方法基本与实施例1相同，不同点为清洗试剂为达到纯度标准的七氟丙烷。
实施例9
一种替代R-134A的制冷剂，其由以下重量份数的各原料充分混合制成：异丁烷27份；丙烷43份；七氟丙烷32份。
其制备方法与实施例1相同。
以实施例1制备的制冷剂为测试对象，按照现有技术的相关标准进测试，其物性参数如下表所示：
由上表的物性参数可知，本发明提供的制冷剂与R-134A的特性相近，可替换R134A，且其相对而言有如下优势：平均分子量小，约为R-134A的59％、不破坏臭氧层(ODP为零)、不引发温室效应(GWP小于3)。
为了进一步说明本发明提供的制冷剂在节能方面的优势，本发明以朱海伟创力公司做的一个节能改造项目的具体测试内容为例进行说明。珠海伟创力现有四台机组，已经完成节能改造的中央空调机组为一号和二号机组，尚未改造的为三号和四号机组，一至四号机组的硬件设备完全相同。现就改造后的一号机组(投入实施例1至9制备的制冷剂中的任一种)及尚未改造的四号机组(投入R-134A制冷剂)做对比，算出节能率，目前一号机组和四号机组都只有两个压缩机能正常工作。具体节能率计算方法如下：一号和四号机组同时开机1-3小时后，待水系统较为平衡时及机组都在满负荷状态下计算其消耗功率P以及测出出水温度。机组在运行时判断机组是否在正常状态下运行(正常状态是指冷凝风扇能正常运转，低压压力是否在0.4-0.45MPa之间,高压压力是否在1.25-1.7MPa之间)，机组都是同一个水系统，回水温度都一样，用温度计实测出水温度一致(误差不超过0.3度)的情况下,计算其输入功率,机组输入功率计算公式为：式中P为输入功率,U为线电压,I为电流,cosφ为功率因数,在U一样以及cosφ一样(事实上电流小的机组功率因数也较低一点)的情况下,我们可以直接以电流大小来计算其节能率,每个冷凝风扇电流为3安培，每个机组有8个，风扇电流固定为24安培，故计算节能率时每组机组均应先扣除24安培的风扇电流，再以差值除以四号机组扣除24安培后的平均运行电流，即得节能率。
其中，以实施例1制备的制冷剂投入一号机组后，实测运行记录表如下：
实施例1于一号机组中的运行记录表:2015年9月6日
其中，以R-134A制冷剂投入四号机组后，实测运行记录表如下：
R-134A于四号机组中的运行记录表:2015年9月6日
根据上述两个实际运行数据表得出，
一号机组(改造后使用HBR－22D制冷剂)在满载情况下:
冷冻水平均进水温度为:13.25度
冷冻水平均出水温度为:10.83度
平均运行电流为:I1＝203.33安培
四号机组(未改造使用R-134A制冷剂)在满载情况下:
冷冻水平均进水温度为:13.28度
冷冻水平均出水温度为:10.83度
平均运行电流为:I2＝261.17安培
两个机组的8个冷风扇固定电流为:I3＝24安培
两个机组都在同时运行,且两个机组都在13楼顶,视为环境温度对机组计算节能率的影响为零，冷冻水进出水温度基本一致，则节能率＝〔(I2-I3)-(I1-I3)〕/(I2-I3)＝24.39％。
实施例2至9的节能率测试方法与实施例1的相同，此处不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种替代R-134A的制冷剂，其特征在于，由以下重量份数的各原料充分混合而成：异丁烷20-32份；丙烷36-48份；七氟丙烷26-38份。
2.根据权利要求1所述的一种替代R-134A的制冷剂，其特征在于，由以下重量份数的各原料充分混合而成：异丁烷22-30份；丙烷38-46份；七氟丙烷28-36份。
3.根据权利要求1所述的一种替代R-134A的制冷剂，其特征在于，由以下重量份数的各原料充分混合而成：异丁烷24-28份；丙烷38-46份；七氟丙烷28-34份。
4.根据权利要求1所述的一种替代R-134A的制冷剂,其特征在于，由以下重量份数的各原料充分混合而成：异丁烷25-27份；丙烷40-43份；七氟丙烷30-32份。
5.根据权利要求1所述的一种替代R-134A的制冷剂,其特征在于，由以下重量份数的各原料充分混合而成：异丁烷26.38份；丙烷42.47份；七氟丙烷31.15份。
6.一种如权利要求1至5任一项所述的替代R-134A的制冷剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.分别对异丁烷、丙烷和七氟丙烷原料的纯度进行检测，确保其纯度达到制冷剂级标准，备用；
S2.使用清洗试剂对压力容器进行清洗；
S3.将S2中清洗完成的压力容器抽真空；
S4.按照相应的重量份数配比将S1中备用的异丁烷、丙烷和七氟丙烷原料加入S3抽真空后的压力容器中，充分混合得混合物料；
S5.将S4中的混合物料取样，检测其内异丁烷、丙烷和七氟丙烷的含量是否满足相应的重量份数配比，若满足则得到的混合物料即为所述的替代R-134A的制冷剂。
7.根据权利要求6所述的一种替代R-134A的制冷剂的制备方法，其特征在于，S1和S5中的检测均利用气相色谱仪完成。
8.根据权利要求6所述的一种替代R-134A的制冷剂的制备方法，其特征在于，S1中纯度达到制冷剂级标准指的是各原料的纯度均达到99.96wt％以上。
9.根据权利要求6所述的一种替代R-134A的制冷剂的制备方法，其特征在于，S2中的清洗试剂为S1中纯度达到制冷剂级标准的任一种原料。
10.根据权利要求6至9任一项所述的一种替代R-134A的制冷剂的制备方法，其特征在于，S3中抽真空是指将压力容器内的绝对压强降至0-0.15Pa。
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