Углеводородные хладагенты. Описание технологии : Эко-технологии для холодильного бизнеса : Главная

Физико-химические свойства

Теплофизические свойства позволяют использовать в качестве хладагентов некоторые низшие предельные и непредельные углеводороды, а также их смеси. Ниже приведены характеристики наиболее распространенных углеводородных хладагентов.

	R290 (пропан)	R600a (изобутан)	R1270 (пропилен)	R436A (56% R290 / 44% R600a)	R436B (52% R290 / 48% R600a)
Химическая формула	С₃Н₈	СН(СН₃)₃	С₃Н₆	-	-
Относительная молекулярная масса / средняя молекулярная масса смеси	44	58,1	42,1	49,33	49,87
Газовая постоянная, Дж/(кг*K)	188,6	143,2	197,7	-	-
Точка кипения при 101,3 кПа	-42,1°C	-10,2°C	-48°C	-34,26°C	-34,3°C
Температура замерзания	-188°C	-145°C	-185°C	-	-
Критическая температура	96,8°C	133,7°C	91,5°C	115,8°C	117,4°C
Критическое давление (абс.)	42,6 бар	37 бар	46 бар	42,7 бар	42,5 бар

Воздействие на человека и окружающую среду

Углеводородные хладагенты относятся к группе опасности A3: малотоксичные, горючие. Обозначения некоторых УВ-хладагентов в соответствии с R-нумерацией приведены в таблице выше.

Основной фактор опасности УВ-хладагентов — их способность к воспламенению. При наличии источника возгорания (открытого пламени, электрической искры, статического разряда) смеси УВ с воздухом в определенной концентрации (от 2,1 до 10,1% для пропана, от 1,8 до 8,44% для изобутана, от 2 до 11,1%—для пропилена) способны взрываться.

Также представляет опасность непригодность углеводородов для дыхания. Так как большинство углеводородов, применяющихся в качестве хладагентов, тяжелее воздуха, бесцветны и не имеют запаха, важно обеспечить вентиляцию рабочего места, особенно если хладагент используется ниже уровня земли.

Углеводородные хладагенты безопасны для озонового слоя (ОРС = 0). Исторически в качестве значения ПГП для углеводородов принималось число, соответствующее количеству атомов углерода в молекуле (3 для пропана и пропилена, 4 для изобутана). Это значение, очевидно, завышено, поэтому долгое время в специальной литературе ПГП УВ-хладагентов указывался в виде „<3“. В докладе по итогам оценки Комитета по техническим вариантам замены холодильного оборудования, систем кондиционирования воздуха и тепловых насосов за 2018 год указано, что для пропана, изобутана и пропилена ПГП составляет <1. Это же значение занесено в базу рекомендованного Озоновым секретариатом приложения для расчета озоноразрушающего и парникового воздействия GWP-ODP Calculator, дающего консервативную оценку CO₂-эквивалента УВ-хладагентов, принимая их ПГП равным 1.

В представленном в августе 2021 года докладе Рабочей группы 1 Межправительственной группы экспертов по изменению климата (РГ1 МГЭИК) „Изменение климата, 2021 год: Физическая научная основа“, являющемся частью 6-го оценочного доклада МГЭИК, 100-летний ПГП пропана определен как 0,02.

Получение

В промышленности насыщенные углеводороды – алканы (в том числе пропан и изобутан) получают из природного газа, попутных газов нефтедобычи и нефтепереработки, газообразных продуктов гидрогенизации бурых каменных углей и каменноугольной смолы, используя методы ректификации, крекинга и другие. Кроме того, алканы получают методом синтеза, соединяя молекулы водорода и угарного газа.

Помимо прямогонного изобутана, для промышленных нужд используется изобутан, полученный изомеризацией нормального бутана (н-бутана).

Чистота алканов на выходе наиболее распространенных процессов их промышленного получения составляет 95-98%, и для их в качестве хладагентов требуется дополнительная очистка.

Ранее пропилен получали, главным образом, как побочный продукт в процессах парового и каталитического крекинга углеводородов. Однако с начала 1990-х годов стало расти целевое производство пропилена, например, путем дегидрирования пропана.

Применение

Пропан (R290)

По термодинамическим свойствам пропан (R290) схож с ГХФУ R22, так что в ряде случаев его можно использовать как хладагент прямого замещения в устройствах, изначально спроектированных для работы с R22. Так как плотность пропана почти в десять раз меньше, чем у R22, масса того же объема пропана, заправленного в систему, будет меньше.

Компании-производители из Индии и Китая наладили производство бытовых сплит-систем и мобильных кондиционеров на хладагенте R290.

Пропан также находит применение в коммерческом холодильном оборудовании. Так как количество горючего хладагента, заправляемого в контур системы, ограничено по соображениям безопасности, речь идет, прежде всего, о небольших льдогенераторах, автономных холодильных и морозильных шкафах, витринах и ларях, первичных контурах централизованных систем холодоснабжения.

В последние годы все более широкое распространение получают системы с малой заправкой, представляющие собой несколько автономных холодильных установок, объединенных контуром вторичного холодоносителя, отводящим тепло от их конденсаторов. Подробно такие системы рассматриваются в отдельном разделе.

Изобутан (R600a)

Основная сфера применения изобутана в качестве хладагента — новые бытовые холодильники, малые торговые морозильники и торговые автоматы.

Технология использования изобутана в качестве хладагента для бытовых холодильников, получившая название GreenFreeze, была разработана в начале 1990-х годов в Германии. К 2021 году от 75 до 80% всех выпускающихся в мире бытовых холодильников используют изобутан.

Пропилен (R1270)

Как хладагент, пропилен во многом схож по характеристикам с пропаном (R290). При этом из-за более высокой удельной холодопроизводительности и более низкой температуре кипения интерес представляет его применение в средне- и низкотемпературных системах, например, чиллерах для супермаркетов.

Ограничения использования УВ-хладагентов

Требования, касающиеся безопасности использования хладагентов (в том числе – углеводородных), содержатся в ряде межгосударственных стандартов.

Одним из наиболее значимых факторов, ограничивающих использование УВ-хладагентов, является максимально допустимое количество хладагента в контуре. Согласно требованиям безопасности, масса горючего хладагента в контуре должна быть такой, чтобы в случае его полной утечки концентрация хладагента в воздухе помещения была ниже нижнего предела воспламенения.

Межгосударственный стандарт ГОСТ EN 378-1-2014 «Системы холодильные и тепловые насосы. Требования безопасности и охраны окружающей среды. Часть 1. Основные требования, определения, классификация и критерии выбора» утверждает: «Герметичная холодильная система заводского изготовления, заправленная хладагентом группы А2 или A3 в количестве менее 0,15 кг, может быть установлена без каких-либо ограничений в помещении, не являющемся машинным отделением».

Стандарты ГОСТ IEC 60335-2-24-2016 «Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Часть 2-24. Частные требования к холодильным приборам, мороженицам и устройствам для производства льда» и ГОСТ IEC 60335-2-89-2013 «Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Часть 2-89. Частные требования к торговому холодильному оборудованию со встроенным или дистанционным узлом конденсации хладагента или компрессором для предприятий общественного питания» фактически ограничивают количество воспламеняющегося хладагента, заправляемого в контур бытовых или торговых холодильников, 150 граммами.

Следует отметить, что в 2019 году Международная электротехническая комиссия (МЭК) пересмотрела стандарт IEC 60335-2-89, увеличив лимит заправки автономных холодильных приборов коммерческого назначения со 150 до 500 граммов для горючих хладагентов группы А3 и до 1,2 кг для групп А2 и А2L. Однако до принятия соответствующего ГОСТа требования данного международного стандарта не являются обязательными.

В отношении бытовых кондиционеров воздуха, тепловых насосов и осушителей действует ГОСТ IEC 60335-2-40-2020 „Бытовые и аналогичные электрические приборы. Безопасность. Часть 2-40. Частные требования к электрическим тепловым насосам, воздушным кондиционерам и осушителям“. Данный стандарт разрешает устанавливать системы прямого охлаждения без каких-либо ограничений, если заряд горючего хладагента в них не превышает 4НПВ [кг]. Для наиболее распространенных УВ-хладагентов 4НПВ лежит в диапазоне 0,15-0,16 кг.

В то же время, свод правил СП 60.13330.2020 „Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха“ запрещает использовать хладагенты группы А3 в системах комфортного кондиционирования. Эти требования касаются эксплуатации общественных зданий высотой не более 50 м, жилых зданий не выше 75 м, зданий одного функционального значения и многофункциональных зданий.

Дополнительные материалы

Наверх

Полезные ссылки

Наши страницы в соцсетях

Углеводородные хладагенты. Описание технологии