氟利昂

作用

　　由于氟利昂化学性质稳定，具有不燃、低毒、介电常数低、临界温度高、易液化等特性，因而广泛用作冷冻设备和空气调节装置的制冷剂。它们的商业代号R表示氟代烃，第一个数字等于碳原子数减1（如果是零就省略），第二个数字等于氢原子数加1，第三个数字等于氟原子数目，氯原子数目不列。由于氟利昂可能破坏大气臭氧层，已限制使用。地球上已出现很多臭氧层漏洞，有些漏洞已超过非洲面积，其中很大的原因是因为氟利昂的化学性质。

危害

　　氟利昂是臭氧层破坏的元凶，它是20世纪20年代合成的，其化学性质稳定，不具有可燃性和毒性，被当作制冷剂、发泡剂和清洗剂，广泛用于家用电器、泡沫塑料、日用化学品、汽车、消防器材等领域。20世纪80年代后期，氟利昂的生产达到了高峰，产量达到了144万吨。在对氟利昂实行控制之前，全世界向大气中排放的氟利昂已达到了2000万吨。由于它们在大气中的平均寿命达数百年，所以排放的大部分仍留在大气层中，其中大部分仍然停留在对流层，一小部分升入平流层。在对流层相当稳定的氟利昂，在上升进入平流层后，在一定的气象条件下，会在强烈紫外线的作用下被分解，分解释放出的氯原子同臭氧会发生连锁反应，不断破坏臭氧分子。科学家估计一个氯原子可以破坏数万个臭氧分子。

　　根据资料，2003年臭氧空洞面积已达2500万平方公里。臭氧层被大量损耗后，吸收紫外线辐射的能力大大减弱，导致到达地球表面的紫外线明显增加，给人类健康和生态环境带来多方面的危害。据分析，平流层臭氧减少万分之一，全球白内障的发病率将增加0.6-0.8%，即意味着因此引起失明的人数将增加1万到1.5万人。

　　在对流层的氟利昂分子很稳定，几乎不发生化学反应。但是，当它们上升到平流层后，会在强烈紫外线的作用下被分解，含氯的氟利昂分子会离解出氯原子（称为“自由基”），然后同臭氧发生连锁反应（氯原子与臭氧分子反应，生成氧气分子和一氧化氯基；一氧化氯基不稳定，很快又变回氯原子，氯原子又与臭氧反应生成氧气和一氧化氯基……），不断破坏臭氧分子。

　　Cl+O₃===O2+ClOClO+O₃===O₂+Cl

　　如此周而复始，结果一个氯氟利昂分子就能破坏多达10万个臭氧分子。即一千克氟利昂可以捕捉消灭约七万千克臭氧。总的结果，可以用化学方程式表示为：

　　2O₃===3O₂（在反应中氟里昂分子起到催化剂的作用）。

　　反应机理：

　　臭氧在紫外线作用下（反应条件不好打，自己加上）

　　O₃===O₂+O

　　氯氟烃分解（以CF₂Cl₂为例）

　　CF₂Cl₂===CF₂Cl+Cl

　　自由基链反应

　　Cl₂+O₃===ClO+O₂

　　ClO₂+O===Cl+O₂

　　总反应：O₃+O===2O₂

　　二氯二氟甲烷氟利昂的介电常数为2，可以采用脉冲时域反射物位计进行物位测量。此外，氟利昂也是重要的温室气体。一个氟利昂分子增加温室效应的效果相当于一万个二氧化碳分子。

特性

　　氟利昂是制冷剂

　　是一种透明、无味、低毒、不易燃烧、爆炸和化学性稳定的制冷剂。不同的化学组成和结构的氟里昂制冷剂热力性质相差很大，可适用于高温、中温和低温制冷机，以适应不同制冷温度的要求。

　　氟利昂的冰堵

　　氟利昂对水的溶解度小，制冷装置中进入水分后会产生酸性物质，并容易造成低温系统的“冰堵”，堵塞节流阀或管道。另外避免氟里昂与天然橡胶起作用，其装置应采用丁晴橡胶作垫片或密封圈。

制冷剂

　　总述

　　有R12．R22．R502、R123及R134a，由于其他型号的制冷剂已经停用或禁用。在此不做说明。

　　氟利昂12（CF₂Cl₂，R12）

　　是氟利昂制冷剂中应用较多的一种，CFC制冷剂，主要以中、小型食品库、家用电冰箱以及水、路冷藏运输等制冷装置中被广泛采用。R12具有较好的热力学性能，冷藏压力较低，采用风冷或自然冷凝压力约0.8-1.2KPa。R12的标准蒸发温度为-29℃，属中温制冷剂，用于中、小型活塞式压缩机可获得-70℃的低温。而对大型离心式压缩机可获得-80℃的低温。电冰箱的代替冷媒为R134a。

　　氟利昂-13

　　分子式CClF3，分子量104.46。学名三氟一氯甲烷。熔点-182℃、沸点-82℃、密度（-130℃）1.703克/厘米3。无色气体。氟利昂22（CHF₂CL，R22）

　　HCFC制冷剂，是氟里昂制冷剂中应用较多的一种，主要以家用空调和低温冰箱中采用。R22的热力学性能与氨相近。标准气化温度为-40.8℃，通常冷凝压力不超过1.6MPa。R22不燃、不爆，使用中比氨安全可靠。R22的单位容积比R12约高60%，其低温时单位容积制冷量和饱和压力均高于R12和氨。对大型空调冷水机组的冷媒大都采用R134a来代替。

　　氟里昂502（R502）

　　R502是由R12．R22以51.2%和48.8%的百分比混合而成的共沸溶液。R502与R115．R22相比具有更好的热力学性能，更适用于低温。R502的标准蒸发温度为-45.6℃，正常工作压力与R22相近。在相同的工况下的单位容积制冷量比R22大，但排气温度却比R22低。R502用于全封闭、半封闭或某些中、小制冷装置，其蒸发温度可低达-55℃。R502在冷藏柜中使用较多。

　　氟利昂134a（C₂H₂F₄，R134a）

　　是一种较新型的制冷剂，HFC制冷剂，其蒸发温度为-26.5℃。它的主要热力学性质与R12相似，不会破坏空气中的臭氧层，是鼓吹的环保冷媒，但会造成温室效应。是比较理想的R12替代制冷剂。

　　氟利昂R407C

　　是一种新型环保制冷剂，HFC制冷剂，由二氟甲烷R32(CH₂F₂)，五氟乙烷R125(C₂HF₅)，四氟乙烷R134a(C₂H₂F₄)以23%，25%，52%的质量百分比混合而成的非共沸制冷剂，温度滑移较高。

　　氟利昂R410A

　　是一种新型环保制冷剂，HFC制冷剂，由二氟甲烷R32(CH₂F₂)，五氟乙烷R125(C₂HF₅)以50%，50%的质量百分比混合而成的非(近)共沸制冷剂，温度滑移较小，发生相变时两组分比例基本保持恒定，物性接近单组分制冷剂。工作压力为普通R22空调的1.6倍左右，制冷（热）效率更高，不破坏臭氧层。另外，采用新冷媒的空调在性能方面也会有一定的提高。R410A是目前为止国际公认的用来替代R22最合适的的冷媒，并在欧美，日本等国家得到普及。

　　氟利昂R600a（C₄H₁₀）

　　2-甲基丙烷(异丁烷)，属于CH类制冷剂A3类物质，充灌量很少时可用作冰箱制冷剂，具有节能、低噪、对大气无破坏的优势，但其易燃、易爆、安全性差。

生产方法

　　置换法

　　主要用于生产R-11．R-12．R-22．R-21．R-13．R-113和R-114等。此法有液相法和气相法两种：①液相法技术较成熟，温度易控制，副产物少，是工业上采用的主要方法。所用的卤化锑催化剂（见固体酸催化剂）寿命也较长（约1～2年，每2～3个月需进行一次再生和补充）。根据原料和目的产品的不同而采取不同的反应温度(一般为45～200℃)和压力(最高可达3.5MPa)，以促使反应在均相下进行。不同的氯代烃原料可以制得不同的氟化合物，如以四氯化碳为原料，可以生产R-11和R-12；以三氯甲烷为原料，可以生产R-22；以四氯乙烯为原料可以生产R-113和R-114。反应生成物一般要经水洗、碱洗、干燥、压缩和蒸馏等后处理，才制得纯品。②气相法使用装有氟化铝、氟化铬和氟氧化铬催化剂的固定床反应器或流化床反应器，其后处理与液相法相似。

　　甲烷氟氯化法

　　以甲烷、氯气和氟化氢为原料，在催化剂存在下，一步合成氟氯甲烷。反应产物中主要含R-11．R-12，沸点较高的氟化物和氯化氢，经汽提塔使部分氟化合物再循环，剩余气体进入氯化氢蒸馏塔，脱除氯化氢后经水洗、中和、干燥和精馏，得到R-11和R-12成品。所用催化剂是金属氟化物或氯化物，载体为活性炭、硫酸铝或碳酸钡。反应温度为370～470℃，接触时间约4～10s。反应收率以甲烷计为96%～99%；以氯计为97%；以氟计为94%。该过程的优点是工艺过程较简单、产品纯度高。

物质关系

　　氟利昂与水的关系

　　氟利昂和水几乎完全相互不溶解，对水分的溶解度极小。从低温侧进入装置的水分呈水蒸气状态，它和氟利昂蒸气一起被压缩而进入冷凝器，再冷凝成液态水，水以液滴状混于氟利昂液体中，在膨胀阀处因低温而冻结成冰，堵塞阀门，使制冷装置不能正常工作。水分还能使氟里昂发生水解而产生酸，使制冷系统内发生“镀铜”现象。

　　氟利昂与润滑油的关系

　　一般是易溶于冷冻油的，但在高温时，氟利昂就会从冷冻油内分解出来。所以在大型冷水机组中的油箱里都有加热器，保持在一定的温度来防止氟里昂的溶解。

　　氟利昂与化妆品的关系

　　女士爱美也会让全球变暖“女士的爱美之心，也导致全球变暖。”昨2009年9月10日，来渝参加第11届科协年会的中国科学院院士、气象学家李崇银，在市气象局作关于“气候变化与和谐社会建设”的报告，对热门的天气话题进行了生动解释。化妆品也是气候杀手？“全球变暖的原因多种多样，除了我们熟悉的温室气体排放，还有很多。”李崇银说，汽车、飞机等交通工具的增多，空调的使用，城市热岛效应等，甚至连化妆品的使用，也在一定程度上造成了全球变暖。李院士说，化妆品中含有氟利昂，其释放出来后上升进入平流层，如果没有强烈的光化学作用，就无法分解，从而破坏臭氧层，导致了紫外线辐射加强。所以，从一定程度上说，爱美之心也推动了全球变暖。

泄漏事件

　　俄罗斯核潜艇事故调查委员会2008年11月10日宣布，造成20人死亡的俄罗斯核潜艇事故的初步原因是有人非法启动消防系统。

　　俄罗斯滨海边疆区联邦总监察员新闻秘书克谢尼娅·古先措娃表示，俄罗斯核潜艇事故调查委员会在大卡缅市举行的事故调查会议上做出初步结论，造船厂员工8日在新型核潜艇试航时非法启动了自动消防系统，氟利昂泄漏，造成20人死亡。死亡人员中有3名军人和17名技术人员。此外，21人受伤，现正在医院接受治疗。

　　俄罗斯滨海边疆区宣布11月11日为核潜艇事故死难者哀悼日。俄罗斯滨海边疆区发言人解释说：“由于核潜艇发生悲惨事故，边疆区行政长官谢尔盖·达尔金做出了这一决定。根据命令，哀悼日时边疆区境内俄罗斯联邦国旗应下半旗致哀，建议文化机构和广播电视公司分别取消娱乐活动和娱乐节目。”

　　出事核潜艇是2008年9月份制造的8140吨级的“猎豹号”核潜艇。该潜艇使用1190MW级核反应堆驱动涡轮机，可以潜到水面以下450米。

　　此事件中消防系统使用的灭火剂应该是C₂F₄Br₂，它是一种氟溴卤烃，不叫氟利昂（如果上述对其定义准确的话）应该是广义上的氟利昂。氟利昂产品主要用在制冷等行业，消防很少使用。

禁止使用

　　2010年后我国将全面禁止使用氟利昂。一项旨在保护臭氧层的措施日前在我国出台。按照有关部门制定的日程表：到2010年，我国将全面禁止生产和使用消耗臭氧层的物质--氟里昂。按照这个日程表，我国将从1999年7月1日开始把氟里昂的生产和消费水平冻结在1995-1997年的平均水平上，以后逐年减少。2010年1月1日，氟利昂被我国禁止使用。

　　据有关部门预测，在今后几年中，我国对使用氟里昂等消耗臭氧层物质的需求仍将保持旺盛的势头，保护臭氧层的形势依然十分严峻。

制冷系统

　　氟利昂制冷系统包括高压系统、低压系统、油路系统和融霜系统。氟利昂制冷系统设备选择计算与氨制冷系统在方法上基本一致。制冷压缩机的选择应以用冷单元的制冷机负荷为依据，根据所确定的氟利昂制冷剂种类、制冷工况及压缩机型式进行选择计算。待压缩机选定后，以压缩机的工作参数冰结合选定的冷凝器型式，进行相应的冷凝器选型计算。蒸发器根据设备负荷计算确定。