КОМПОЗИЦИЯ ХЛАДАГЕНТА Российский патент 1999 года по МПК C09K5/04 

Изобретение относится к составу хладагента для использования в рефрижераторных системах, имеющему значительно уменьшенный потенциал истощения озона в озоносфере.

Начиная с 30-х годов в качестве хладагентов в рефрижераторах и кондиционерах используют хлорфторуглероды (CFC) и, в первую очередь, дихлордифторметан (хладон 12).

Из-за стабильности и стойкости хлорфторуглероды в настоящее время ассоциируют с предполагаемым истощением защитного озонового слоя Земли. Разрушение озона вызывается атомами хлора, содержащимися в молекулах хладона. Монреальским протоколом 1987 г. принято решение снять с производства полностью галогенированные хлорфторуглероды путем безопасного и упорядоченного перехода на изготовление альтернативной продукции. В качестве альтернативных хладагентов рассматриваются хладагенты, не содержащие атомов хлора, например, гидрофторуглероды и фторуглероды с нулевым показателем уровня разложения озона, а также гидрохлорфторуглероды, у которых потенциал разложения озона незначителен. К последним соединениям относятся дифторхлорметан (хладон 22) и 1,1-дифтор-1-хлорэтан (хладон 142в). При атмосферном давлении хладон 22 и хладон 142в имеют температуры кипения - 40,75^oC и -9,8^oC соответственно, и каждый в отдельности не могут заменить дифтордихлорметан (хладон 12), у которого температура кипения -29,65^oC. Перспектива замены экологически опасного хладона 12 в рефрижераторных системах возможна с использованием бинарной смеси хладона 22 и хладона 142в в определенных соотношениях (В.А. Жариков и др. Вестник Всероссийского научно- исследовательского института железнодорожного транспорта, 1994, N7, с. 29-32). Однако следует отметить, что хладон 142в - горючий газ. Область воспламенения в воздухе 9-14,8 об.%. Воспламенение имеет замедленный характер и не переходит во взрыв. В связи с этим в случае утечки из рефрижераторной системы хладона 22, обладающего более низкой температурой кипения, чем хладон 142в, в системе будет накапливаться горючий хладон 142в.

Этот недостаток бинарной смеси хладона 22 и хладона 142в исключается введением в композицию третьего компонента - негорючего дихлорфторметана (хладона 21) при концентрации последнего в композиции 2-12 мас.% (патент РФ N 2013431, кл. С 09 К 5/00, опубл. 30.05.94).

Третий компонент (хладон 21), имеющий температуру кипения (8,7^oC) выше температур кипения хладона 22 и хладона 142в, при утечке хладона 22 не дает возможности накопления в рефрижераторной системе горючего хладона 142в, обеспечивая некоторое разбавление последнего. Однако из-за значительной разности температур кипения хладона 142в и хладона 21 появляется потенциальная опасность в создании воспламеняющихся смесей в воздушной среде в месте утечки хладона 142в.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение безопасности композиции хладагента, связанное с исключением возможности концентрирования горючего компонента при фракционировании композиции хладагента в случае его утечки.

Поставленная техническая задача решается тем, что композиция хладагента, содержащая дифторхлорметан и 1,1-дифтор-1-хлорэтан, дополнительно содержит в качестве флегматизатора горения октафторциклобутан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Дифторхлорметан - 30-80
1,1-Дифтор-1-хлорэтан - 8 - 58
Октафторциклобутан - 2 - 12
В оптимальном варианте композиция содержит, мас.%:
Дифторхлорметан - 40
1,1-Дифтор-1-хлорэтан - 48
Октафторциклобутан - 12
Используемый в качестве флегматизатора горения октафторциклобутан (хладон С318) - негорючий и невоспламеняющийся газ, имеет низкую токсичность (класс опасности 4, ПДК в воздухе рабочей зоны производстввиных 3000 мг/м³) и не разрушает озоновый слой.

Эффективность настоящего изобретения обусловлена тем, что третий компонент композиции хладагента, являясь флегматизирующей добавкой, веществом с нулевым потенциалом истощения озона в атмосфере и с температурой кипения (минус 6^oC), близкой к температуре кипения 1,1-дифтор-1-хлорэтана и, кроме того, образующий с 1,1-дифтор-1-хлорэтаном азеотроп, в случае утечки из рефрижераторной системы истекает совместно с 1,1-дифтор-1-хлорэтаном, что исключает образование воспламеняющихся смесей.

Предлагаемая композиция хладагента по термодинамическим характеристикам максимально приближена к подлежащему замене озоноопасному дифтордихлорметану (хладону 12).

На чертеже изображены графические зависимости давления насыщенных паров (Р) от температуры (t) предлагаемой композиции хладагента при различном соотношении компонентов (линии 1...6) и для сравнения - хладона 12 (линия 7).

Линии 1...6 графика построены на основании лабораторных опытов, проведенных статическим методом со специально приготовленными образцами предлагаемой композиции; результаты опытов в числовом выражении представлены в таблице (колонки 1...6 и 8, причем колонки 1...6 соответствуют линиям 1...6 графика. Построение линии 7 и расчет давления в колонке 7 таблицы произведены по литературным данным (Промышленные фторорганические продукты: Cпpaвoчник/ Д.H. Мaкcимoв, В.Г. Барабанов, И.Л. Серушкин и др. -Л.: Химия, 1990, с.43).

Для приготовления образцов предлагаемой композиции хладагента использованы: хладон 22 по ГОСТ P 50301-92; хладон 142в по ТУ 6-02-588; октафторциклобутан по СТП 044-351-87 с содержанием основного вещества св. 99,9%. Для определения зависимости давления паров композиции хладагента от температуры использован аппарат из хромоникелевой стали вместимостью 0,5 л, снабженный термометром, мановакуумметром и вентилем для заполнения и освобождения аппарата. Опыты проводили следующим образом.

В отвакуумированный чистый и сухой аппарат заливали по весу предварительно приготовленную жидкую смесь хладонов (примерно на 80% объема). После этого содержимое аппарата замораживали жидким азотом, из газового пространства вакуумированием удаляли воздух. Процедуру размораживания, затем замораживания и вакуумирования повторяли по несколько раз в каждом опыте для полного удаления следов воздуха. Затем аппарат с содержимым помещали в термостатированную баню. Показания снимали при постоянном установившемся давлении (при постоянной температуре содержимого аппарата). После замера давления смесей при разных температурах дополнительно контролировали состав жидкой и газовой фаз методом хроматографического анализа.

Экспериментальные данные, представленные в таблице и на графике, подтверждают близость предлагаемой композиции по термодинамическим свойствам к хладону 12.

Возможность замены хладона 12 на предлагаемую композицию хладагента подтверждается также совместимостью всех компонентов предлагаемой композиции с маслом ХФ 12-16, обычно используемым в рефрижераторных установках, работающих на хладоне 12 (см. Холодильная техника, 1994, N 4,с. 8; 1996, N 5, с. 12-13).

Использование: в рефрижераторных системах, имеющих значительно уменьшенный потенциал истощения озона в озоно-сфере. Композиция содержит галогенированные углеводороды: дифторхлорметан (хладон 82), 1,1-дифтор-1-хлорэтан (хладон 142в) и дополнительно в качестве флегматизатора горения окта-фторциклобутан, при содержании указанных ингредиентов соответственно 30-80, 8-58 и 2-12 мас.%. Композиция хладагента по термодинамическим характеристикам максимально приближена к подлежащему замене озоноопасному дифтордихлорметану (хладону 12). Все ее ингредиенты совместимы с маслом ХФ 12-16, используемым в установках, работающих на хладоне 12. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Композиция хладагента, содержащая дифторхлорметан и 1,1-дифтор-1-хлорэтан, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит в качестве флегматизатора горения октафторциклобутан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Дифторхлорметан - 30 - 80
1,1-Дифтор-1-хлорэтан - 8 - 58
Октафторциклобутан - 2 - 12
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она содержит, мас.%:
Дифторхлорметан - 40
1,1-Дифтор-1-хлорэтан - 48
Октафторциклобутан - 12