王軍祥 劉建鵬 袁 劍

（1.中化藍(lán)天集團(tuán)下沙生產(chǎn)基地，浙江 杭州 310018；2.浙江工業(yè)大學(xué)化材學(xué)院催化新材料研究所，浙江 杭州 310014）

消耗大氣臭氧層物質(zhì)（ODS）破壞大氣臭氧層，造成臭氧空洞，給人類賴以生存的環(huán)境造成危害。消耗大氣臭氧層物質(zhì)（ODS）主要包括全氯氟代烷（氯氟烴，CFCs）、含溴氟烴（Halons，我國(guó)通稱哈龍）、四氯化碳、甲基氯仿等［1］。為了保護(hù)臭氧層，抑制全球氣候變暖，20世紀(jì)80年代以來(lái)國(guó)際組織制定了一系列國(guó)家公約，要求停止生產(chǎn)和消費(fèi)消耗臭氧層物質(zhì)。隨著《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾協(xié)議書(shū)》及《中國(guó)逐步淘汰消耗臭氧層物質(zhì)的國(guó)家方案》的進(jìn)一步實(shí)施，各國(guó)相關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)都在加快開(kāi)發(fā)消耗臭氧層物質(zhì)（ODS）替代品的步伐。五氟乙烷因其對(duì)大氣臭氧層沒(méi)有破壞，越來(lái)越受到重視。

1 物理性質(zhì)

五氟乙烷（HFC-125）常溫常壓下是一種不可燃?xì)怏w，它的消耗臭氧層潛值（OPD）為零，地球變暖潛值（GWP）為0.84，是一種理想的替代品［2］。其他物性數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 HFC-125基本物理性質(zhì)

2 主要應(yīng)用

由于五氟乙烷（HFC-125）的消耗臭氧潛值（ODP）為零，地球變暖潛值（GWP）為0.84，是一種理想的替代品，主要面向冷庫(kù)、空調(diào)器等制冷器市場(chǎng)。以該產(chǎn)品為重要組分配制成的R507、R404A、R407c、R410等混合工質(zhì)是替代R-502、HCFC-22的理想綠色制冷劑［3］。同時(shí)五氟乙烷也可以作為哈龍滅火劑的替代品，單一工質(zhì)或配制成混合物替代哈龍1211和哈龍1301。因其優(yōu)良的物化性能，稱為替代ODS物質(zhì)的主流產(chǎn)品［4］。

2.1 在混合制冷劑方面的應(yīng)用

在氫氯氟烴（HCFC）類制冷劑中，由于R-22在熱力學(xué)、化學(xué)、物理等方面優(yōu)良的綜合性能，目前已被廣泛地應(yīng)用于空調(diào)、低溫和食品冷凍等工程中。但R-22是一種對(duì)大氣的臭氧層具有一定的破壞作用的制冷劑，其消耗臭氧層潛能值（ODP）為0.055（以CFC-11作為基準(zhǔn)值1.0），近年來(lái)人們對(duì)R-22的這種破壞作用已日益重視，根據(jù)《蒙特利爾協(xié)議書(shū)》，發(fā)達(dá)國(guó)家R-22的禁用期提前到2020年，我國(guó)也將于2030年前停止使用，此外R-22還存在另外一個(gè)嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，即對(duì)地球的溫室效應(yīng)，其全球變暖潛值GWP值為1700（以CO2作為基準(zhǔn)值1.0），全球變暖效應(yīng)很大［5］。種種現(xiàn)象表明對(duì)制冷空調(diào)領(lǐng)域中有重要地位的R-22的替代工作已是勢(shì)在必行。

而R-502是R-22和CFC-115以48.8wt％和51.2wt％混合而成的二元共沸混合物，由于其具有良好的物理、化學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)，從本世紀(jì)60年代開(kāi)始，作為性能良好的中溫制冷劑，曾廣泛用于冷庫(kù)、冷凍柜、平板凍結(jié)器等低溫制冷設(shè)備中。但R-502的組分中含有大量的CFC-115，根據(jù)蒙特利爾協(xié)定及修正案，CFC-115屬于首批禁用的物質(zhì)，發(fā)達(dá)國(guó)家早已在1996年前淘汰［6］。另一種組成R-22如上文所述，也即將停止使用。

現(xiàn)有研究表明，沒(méi)有哪一種純工質(zhì)的COP值和容積制冷量能均優(yōu)于R-22，甚至沒(méi)有接近的，在這種情況下，通?？紤]采用HFC的混合工質(zhì)作為替代工質(zhì)［5］。從表2中可以看出用HFC-125混配的R-410、R-407C及R-404A混合制冷劑可替代目前應(yīng)用最廣泛，需求量最大的R-22、R-502制冷劑。

表2 HFC-125在混配制冷劑中的主要應(yīng)用

2.1.1 混合制冷劑R410［7］

聯(lián)信公司屬于最早研究開(kāi)發(fā)R-22替代制冷劑的公司之一，他研制開(kāi)發(fā)的R410是以HFC-125（50wt％）和HFC-32（50wt％）組成的近共沸混合物，具有穩(wěn)定性好、不可燃、溶油性好等優(yōu)點(diǎn)，R410擁有純制冷劑的所有特征，可以像純質(zhì)一樣方便使用，這給制冷劑的充灌、設(shè)備的更換提供方便。R-410的蒸發(fā)壓力、冷凝壓力以及單位體積制冷量都比R-22要大很許多，所以不能直接用來(lái)代替原先使用R-22制冷劑的空調(diào)系統(tǒng)，使用時(shí)需要重新設(shè)計(jì)壓縮機(jī)、管路和系統(tǒng)。

2.1.2 混合制冷劑R407［7］

杜邦公司研制開(kāi)發(fā)的R407系列產(chǎn)品，其中商品化應(yīng)用較廣的有R407A、R407B、R407C、R407D和R407E。其中R407C是以HFC-32（25wt％）、HFC-125（52wt％）和HFC-134a（23wt％）組成的近共沸混合物。R-407C在蒸發(fā)壓力和凝結(jié)壓力與R-22非常接近，在替換HCFC-22時(shí)不需要更換壓縮機(jī)，這是R407C替換HCFC-22的最大優(yōu)點(diǎn)。但是，R-407C的缺點(diǎn)在于傳熱性較差，COP值小于R-22，因此為了達(dá)到與R-22的相同冷量，需要增加冷凝面積，而且冷凝器風(fēng)量也需要增加，這樣冷凝器比R-22型的要大很多，并且R-407C是非共沸制冷劑，在換熱器中可能會(huì)發(fā)生分餾作用，從而導(dǎo)致蒸發(fā)和冷凝過(guò)程中組分隨溫度、壓力而變化，在換熱器的定壓存在約7℃的溫度滑移，系統(tǒng)的泄露會(huì)導(dǎo)致組分的明顯改變，同樣增加了空調(diào)系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)等方面的費(fèi)用。

2.1.3 混合制冷劑R-404A［8］

杜邦公司開(kāi)發(fā)的R-404是HFC-125（44wt％）、HFC-143a（52wt％）和HFC-134a（4wt％）組成的共沸制冷劑。R-404A制冷劑是新裝制冷劑，只能設(shè)備上替代R-22和R-502的最普遍的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制冷劑，R-404A最接近于R-502的運(yùn)作，它適用于所有R-502可正常運(yùn)作的環(huán)境，但是由于R-404A與R-502和R-22物化性能、理論循環(huán)性能以及壓縮機(jī)用油等均不相同，因此對(duì)于初裝為R-502和R-22制冷劑的制冷設(shè)備的售后維修，如果需要再添加或更換制冷劑，仍然只能添加R502和R-22，通常不能直接用以R-404A來(lái)替代R-502、R-22。

2.1.4 混合制冷劑R-507［9］

混合制冷劑R-507是由HFC-143A（50wt％）和HFC-125（50wt％）組成的共沸制冷劑，這種混合制冷劑的消耗臭氧層值（ODP）為零，與混合制冷劑R-404A相似，R-507制冷劑是新裝制冷劑，只能在新裝設(shè)備上替代R-502，對(duì)于初裝為R-502和R-22的制冷劑的制冷設(shè)備的售后維修，不能直接用R-507替代。

2.1.5 混合制冷劑R-421A

混合制冷劑R-421A是由HFC-125和HFC-134A組成的新型制冷劑，R-421A使一種高效的制冷劑，它最明顯的一個(gè)效率是溫度越高，制冷能力越高。與R-134A、R-407C及R-410A相比較，R-421A制冷劑最大的特點(diǎn)是能在不更改現(xiàn)有冷凍系統(tǒng)的條件下全面替代HCFC-22，可以在所有為HCFC-22設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)上使用，并且在更換的時(shí)候不需要現(xiàn)用的潤(rùn)滑油。R-421與R-22相比較，在R-22適用溫度范圍內(nèi)其功效相似。

2.1.6 新型HCFC-22替代混合制冷劑［5］

HCFC-22替代制冷劑是由HFC-161（30wt％～60wt％）、HFC-125（25wt％～50wt％）、HFC-32（5wt％～35wt％）組成。該制冷劑ODP值為零，不破壞大氣臭氧層，與HCFC-22及其現(xiàn)有的替代物R-407C、R-410A相比，GWP值更小，更符合環(huán)境保護(hù)的要求。HFC-161是一種近共沸混合制冷劑，溫度滑移小于R-407C，并且熱工參數(shù)如運(yùn)行壓力、壓比與HCFC-22相近，在不改變?cè)O(shè)備主要部件的前提下，熱工性能如單位質(zhì)量制冷量、排氣溫度都要優(yōu)于HCFC-共中央22，COP值雖然小于HCFC-22，但是大于R-410A、R407C。因此可作為HCFC-22的長(zhǎng)期替代物。

2.1.7 新型R-502替代混合制冷劑［6］

R-502替代混合制冷劑是由HFC-161（1～30wt％）、HFC-125（35％～65％）、HFC-143a（5％～64％）組成。該混合制冷劑是一種近共沸制冷劑，溫度滑移小，環(huán)境性能良好，不僅消耗臭氧層潛能（ODP）值為零，并且全球變暖潛值GWP值基本小于R-502及其現(xiàn)有的主要替代物R-404A。另外熱工參數(shù)如運(yùn)行壓力、壓比與R-502相近，在不改變?cè)O(shè)備主要部件的前提下，熱工性能如單位質(zhì)量制冷量?jī)?yōu)于R-502，排氣溫度也基本小于R-502，COP值雖然小于R-502，但是大于R-404。因此可以作為R-502的長(zhǎng)期替代物，并且可以減少充灌量。

2.2 在滅火劑方面的應(yīng)用［10］

哈龍1301滅火劑一直作為一種理想的滅火劑得到使用，由于對(duì)大氣層中臭氧層的破壞性，被列入須限制使用和產(chǎn)生的化合物類別中。而NAFS 125是五氟乙烷和D-苧烯的混合物，對(duì)臭氧的破壞性（ODP）是零，造成溫室效應(yīng)（GWP）是3400，是一種清潔的滅火劑。其中D-苧烯組分的主要作用是降低滅火過(guò)程中產(chǎn)生的酸性物質(zhì)（氫氟酸）的含量，這種酸性物質(zhì)是由于滅火過(guò)程中五氟乙烷（HFC-125）組分發(fā)生分解而產(chǎn)生的。

2.3 在發(fā)泡劑方面的應(yīng)用［11］

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，五氟乙烷還成功的應(yīng)用于發(fā)泡劑上面。該發(fā)泡劑組合物包括二氧化碳、空氣、氫氟烷類、氫氟烯烴類、烷類、氫氟醚類，其中作用共發(fā)泡劑的HFC類可用HFC-134a、HFC-152a、HFC-143a、HFC-125等。該發(fā)泡劑可替代那些具有高的臭氧消耗潛值（ODP）及高的全球變暖潛值（GWP）的發(fā)泡劑，該發(fā)泡劑可以生產(chǎn)更低密度的閉合孔泡沫記憶良好的k-因素（對(duì)于熱絕緣泡沫而言特別有用），還可以生產(chǎn)具有擴(kuò)大的、受控的孔尺寸的低密度閉合孔泡沫。

2.4 在氣體滅菌劑方面的應(yīng)用［12］

環(huán)氧乙烷因具有高功效已經(jīng)成為一種廣泛使用的殺菌劑，但因其揮發(fā)迅速，其殘余物不易被鎖消毒物品吸收或吸附，并且環(huán)氧乙烷本身是一種極易燃燒的氣體，其閃點(diǎn)低于-20℉，且在3.0至100的體積百分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)易在空氣中形成爆炸混合物。因此須將環(huán)氧乙烷與一種惰性載體或抑燃組分相混合，而五氟乙烷是一種環(huán)境友好的在常溫下是不可燃的氣體，且能與環(huán)氧乙烷混合，組成的混合氣體滅菌劑與醫(yī)療器械構(gòu)件中使用的塑料和高聚物相容，能在所消毒物品中形成保護(hù)膜。

2.5 在清潔劑方面的應(yīng)用［13］

該文獻(xiàn)報(bào)道了一種由五氟乙烷、氧氣、離解性氣體（CF4）組成的混合氣體清潔劑，該清潔劑主要應(yīng)用于等離子體成膜裝置，特別是含有硅的成膜用氣體形成薄膜后。該清潔劑能抑制發(fā)弧的產(chǎn)生、不損傷腔內(nèi)的各種部件，不產(chǎn)生成膜異常等。

2.6 在阻燃劑方面的應(yīng)用［14］

五氟乙烷因不可燃性，還可用于鎂及其合金的高溫阻燃保護(hù)方面?；旌蠚怏w組分包括HFC-125和載流稀釋氣體，各組分的體積百分比含量為HFC-125（0.02％～1.15％），載流稀釋氣體（98.85％～99.98％）。鎂由于其化學(xué)性能活潑，與氧的化學(xué)親和力大，氧化后形成氧化膜疏松，導(dǎo)致鎂及其合金在高溫條件下易于發(fā)生持續(xù)的氧化直至燃燒，甚至爆炸。因此，鎂及其合金在高溫洗必須采取有效的阻燃保護(hù)措施。HFC-125混合氣體阻燃劑，不僅含有鎂及其合金高溫阻燃保護(hù)所需要的F，同時(shí)無(wú)毒或低毒，臭氧消耗潛能值（OPD）為零，能較好地替代原來(lái)使用的SF6阻燃劑。

3 結(jié)論

目前，1，1，1，2，2-五氟乙烷因其它的消耗臭氧層潛值（OPD）為零，地球變暖潛值（GWP）為0.84，而被廣泛應(yīng)用于混合制冷劑的混配，其他方面的應(yīng)用并沒(méi)有深入挖掘，因此生產(chǎn)HFC-125的相關(guān)企業(yè)應(yīng)考慮和加強(qiáng)HFC-125在發(fā)泡劑、清潔劑等其他方面的應(yīng)用。

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