氟利昂（freon）

知识达人 · 发表于 2021-2-4 16:12:27

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简介

氟利昂是一种常见的制冷剂，其种类很多，常见的有R22、R32、R134a等。氟利昂一般在常温常压下均为气体，略有芳香味。在低温加压情况下呈透明状液体。能与卤代烃、一元醇或其他有机溶剂以任何比例混溶，氟制冷剂之间也能互溶。由于氟利昂具有较强的化学稳定性、热稳定性、表面张力小、汽液两相变化容易、无毒、亲油、价廉等，被广泛应用于制冷、发泡、溶剂、喷雾剂、电子元件的清洗等行业中。 [1]
然而，氟利昂排放到大气中会导致臭氧含量下降，导致地球上的生物受到严重紫外线的伤害，平流层下部和对流层温度上升。因此，人们正致力于解决氟利昂污染问题的方法与技术，解决环境污染问题的途径主要包括限制与禁用、替代品开发和氟利昂的无害化。 [1]
氟利昂的物理化学性质主要有：（1）具有较强的化学稳定性，不分解；（2）具有良好的热稳定性、不燃不爆；（3）汽液两相变化容易；（4）表面张力小、具有浸透性；（5）无毒、无刺激性、无腐蚀性；（6）电绝缘性高；（7）具有适当的亲油性；（8）价格低廉易于大量生产；（9）化学式中氟原子数越多，对人体越无害，对金属的腐蚀性越小，化学稳定性越好；（10）燃烧性随着分子中氢原子数目的减少而显著降低，蒸发温度随着氯原子数目的增加而升高。 [1]
品种分类氟利昂大致分为三类，包括氯氟烃类、氢氯氟烃类、氢氟烃类。 [2]

氯氟烃类
氯氟烃类产品，简称CFC，主要包括R11、R12、R13、R14、R15、R500、R502等，该类产品对臭氧层有破坏作用，被《蒙特利尔议定书》列为一类受控物质。 [2]

氢氯氟烃类
氢氯氟烃类产品，简称HCFC，主要包括R22、R123、R141、R142等，臭氧层破坏系数仅仅是R11的百分之几，因此，目前HCFC类物质被视为CFC类物质的最重要过渡性替代物质，在《蒙特利尔议定书》中R22被限定2020年淘汰，R123被限定2030年淘汰。 [2]

氢氟烃类
简称HFC，主要包括R134a（R12的替代制冷剂）、R125、R32、R407C、R410A（R22的替代制冷剂）、R152等，臭氧层破坏系数为0，但气候变暖潜能值很高，在《蒙特利尔议定书》没有规定使用期限，在《联合国气候变化框架公约》京都协议书中定性为温室气体。 [2]

命名规则
氟利昂属于卤代烃类，卤代烃类制冷剂化学式的通式为CmHnFxClyBrz，链烷烃的卤族元素衍生物制冷剂编号规则为R(m-1)(n+1)(x)B（z），若无Br，则编号中不出现B(z)项，对于同分异构体，在后边加英文字母来区别。 [3]
根据对臭氧层的作用，美国杜邦公司首先提出了卤代烃类物质新的命名方法，并已为全世界接受。CFC，表示全卤化氯（溴）氟化烃类物质；HCFC，表示含氢的氯氟化烃类物质；HFC，表示含氢无氯的氟化烃类物质。 [3]

解决环境问题的方法
解决氟利昂产生的环境污染问题有三条途径：（1）限制与禁用；（2）替代品开发；（3）氟利昂的无害化。 [1]

限制与禁用
国际社会以缔结国际公约的形式来限制、禁止氟利昂的生产与使用是目前为之最有效也最成功的方法。联合国环境规划署（UNEP）自1976年陆续召开了各种国际会议，通过了一系列保护臭氧层的协议，1985年在奥地利召开会议，通过《维也纳保护臭氧层协定》，1987年，46个国家在加拿大蒙特利尔签署了《协定书》，开始采取保护臭氧层的具体行动。1990年、1992年和1995年，在伦敦、哥本哈根、维也纳召开的议定书缔约国会议上，对《议定书》又做了3次修改，形成了三个修正案，扩大了受控物质范围。我国在2007年7月1日实施了最后一个CFC淘汰计划，较之前的承诺提前了两年半，为保护臭氧层做出了极大贡献。 [1]

替代品开发
氟利昂的替代品应满足以下要求：（1）符合环境保护要求，即替代物的ODP和GWP值都要小，一般应低于0.1；（2）符合使用性能要求，即替代物的热力学性质和应用物性等，能符合制冷、发泡、清洗等各行业对它们性能的要求；（3）满足实际可行性要求，包括替代物生产工艺、设备的匹配以及安全性、经济性等。 [1]
目前研究的对CFC的替代工质主要集中在氟利昂家族中含氟不含氯的物质（HFC）、非完全卤化物质（HCFC）以及碳氢类物质（HC）上。 [1] Eui Jin Kim等人研究的植物油基生物表面活性剂，有望代替CFC成为比较理想的工业清洗剂。 [5]

无害化
尽管氟利昂的生产与应用已经受到严格限制，替代品的开发也加快了步伐，但是世界上还有200多万吨氟利昂存在废旧设备中，这些氟利昂不加以回收任之排放到大气中，那之前的努力将毁于一旦。处理这部分氟利昂，将之分解为无害物质或转化为有用的物质技术是环境工程技术开发的迫切任务。日本从1990年投入开发CFC处理技术，成功利用高频等离子降解CFC并使之无害化，欧美国家利用Cr-Al等金属或金属氧化物催化剂催化降解CFC，我国通过利用微波等离子技术成功降解了CFC，复旦大学高滋研究组对催化降解CFC做了大量基础性研究工作。 [1]

主要用途

20世纪二、三十年代以后，人类合成的一种叫"氯氟烃"（CFC）的物质被广泛使用起来。它们成为了冷冻设备、家用冰箱和空调的制冷剂，成为了塑料工业中各类硬软泡沫塑料的发泡剂，成为了医用、美发、空气清新的气雾剂，还成为了烟草工业的烟丝膨胀剂 [4] ，电子元件的清洗剂等 [1] 。

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目前，氟利昂在各行业的中的运用比例为，制冷剂31.1%，发泡剂20%，喷雾剂19.7%，清洗剂14.6%，灭火剂2%，其他12.6%。 [1]

生产技术

氟利昂的生产方法有甲烷氟氯化法，氯代甲烷氟化取代法及歧化反应法等几种。以反应状态分，可分为液-液反应，气-气反应、气-固反应等，采用何种工艺主要取决于催化剂和原料的存在形式。 [1]
目前，我国主要采用液相催化反应和歧化反应法，CFC-12和CFC-22的生产方法基本与国外大多数企业的工艺路线一致，即采用五氯化锑作为催化剂，以氯化甲烷和无水氟化氢为原料，在加压反应器中进行液相催化反应。其中生产氟化氢的原料是萤石和硫酸。五氯化锑是氟化反应较为理想的催化剂，反应后的物料，经干法分离处理、水洗、碱洗后除去酸性物质，再经压缩、分馏、干燥获得合格产品。生产中一般将反应釜的温度控制在55~100℃之间。生产CFC-12的反应压力一般在1.2~1.6MPa之间，生产CFC-22的反应压力一般在0.7~1.5MPa。 [1]

安全防护

环境危险
在臭氧层破坏、气候变化异常、酸雨三大地球环境危机中，臭氧层破坏、气候变化异常这两大危机直接与氟利昂的排放有关，尤其是CFC类型。 [1]

降低臭氧含量
氟利昂排放到大气中会导致臭氧含量下降。臭氧是一种淡蓝色的气体，具有强氧化性。臭氧对太阳紫外辐射有强烈的吸收作用，能吸收掉到达地球的太阳辐射中99%的紫外线，使地球上生物免遭强烈的紫外线辐射伤害，强紫外辐射有足够的能量使包括DNA在内的重要生物分子分解，增加患皮肤癌、白内障和免疫缺损症的发生率，并能危害农作物和水生生态系统，因此臭氧层是地球芸芸众生的保护伞。 [1]

扩大温室效应
氟利昂也是非常重要的温室气体，虽然氟利昂在大气中的浓度显著低于其他温室气体，但其温室效应是二氧化碳的3400~15000倍，大量排放对大气的垂直温度结构和大气的辐射平衡产生重要影响，从而导致气候变化异常，并严重威胁地球的生态安全。 [1]
安防措施对于常见的氟利昂，如R22、R134a、R32等，使用比较安全，但具有可燃性，遇到明火时会燃烧产生有毒气体，因此有这些氟利昂时应严禁明火。R22与R134a对金属无腐蚀作用，但对有机材料的膨润作用极强，因此密封材料应采用氯乙醇橡胶、聚四氟乙烯等，绝缘漆应采用QF改性缩醛漆，QZY聚酯亚胺漆等。 [3]

[煤化工] 氟利昂（freon）

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