氟里昂（化学性质稳定的制冷剂）

氟里昂（化学性质稳定的制冷剂）

氟里昂 （化学性质稳定的制冷剂） 次浏览 | 2022.10.07 17:42:49 更新 来源 ：互联网 精选百科 本文由作者推荐 氟里昂化学性质稳定的制冷剂

氟利昂，又名氟里昂，名称源于英文Freon，它是一个由美国杜邦公司注册的制冷剂商标。在中国，氟利昂定义存在分歧，一般将其定义为饱和烃（主要指甲烷、乙烷和丙烷）的卤代物的总称，按照此定义，氟利昂可分为CFC、HCFC、HFC等4类；有些学者将氟利昂定义为CFC制冷剂；在部分资料中氟利昂仅指二氯二氟甲烷（CCl₂F₂，即R12，CFC类的一种）。

氟利昂在常温下都是无色气体或易挥发液体，无味或略有气味，无毒或低毒，化学性质稳定。由于二氯二氟甲烷等CFC类制冷剂破坏大气臭氧层，已限制使用。地球上已出现很多臭氧层空洞，有些漏洞已超过非洲面积，其中很大的原因是因为CFC类氟利昂的化学性质。氟利昂的另一个危害是温室效应。

中文名

氟利昂

适用领域

制冷，发溶剂、喷雾剂、

英文名

freon

别称

氟里昂，氟氯烃

水溶性

难溶

简介物理性质氟利昂

氟利昂常温下一般为气体或液体，透明、介电常数低、临界温度高、易液化。

溶解性：氟利昂和水几乎完全相互不溶解，对水分的溶解度极小。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利昂的溶解。

沸点：分子中氯原子数增加，沸点提高；氟原子数增加，沸点将降低。

化学性质

不同的氟利昂制冷剂有不同的性质，其可燃性、毒性等与分子中的氯、氟、氢原子个数有关。

毒性：低毒，或无毒。如R12为低毒，可以认为是基本无毒的化合物。氯原子数增加，毒性增加；氟原子数增加，毒性降低。

可燃性：分子中氢原子的减少可燃性降低，化学稳定性增加。

稳定性：氢、氯、氟原子个数增加，工质化学稳定性增强。氯原子数增加，工质在大气中的寿命增加，对臭氧层的破坏能力加强。

品种分类氟利昂CFC（Chlorofluorocarbon，或写作CFCs，氟氯烃）类

组成元素氟F、氯Cl、碳C。由于对臭氧层的破坏作用最大，被《蒙特利尔议定书》列为一类受控物质；

HCFC（Chlorodifuoromethane，或写作HCFCs、HCF，氢氯氟烃）类

物质组成元素氢H、氯Cl、氟F、碳C，由于其臭氧层破坏系数仅仅是R11的百分之几，因此被视为CFC类物质的最重要的过渡性替代物质；

HFC（Hydrofluorocarbon，氢氟烃）类

组成元素氢H、氟F、碳C，臭氧层破坏系数为0，但是气候变暖潜能值很高。在《蒙特利尔议定书》没有规定其使用期限，在《联合国气候变化框架公约》京都议定书中定性为温室气体；

最后一类是混合制冷剂，如R401A，为R22、R152a、R124分别以53、13、34的质量比例混合。共沸混合是无数混合物中的特例，绝大部分的混合物都是非共沸混合物。

（注：也有人认为混合制冷剂不是氟利昂，而是多种氟利昂的混合物。）

命名规则

每一种氟利昂制冷剂都有一个唯一的编号名称，形式为：前缀+编号。

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 ，电子元件的清洗剂等。 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%。

发展历史发明

20世纪20年代的冰箱使用一些有毒且危险的气体（其中包括氨、二氧化硫和丙烷）作为制冷剂，因为时常泄漏，所以这些制冷剂非常危险。1929年，发生在俄亥俄州克利夫兰某家医院的冰箱泄漏事故使超过100人丧生。于是，小托马斯·米奇利（Midgley Thomas Jr.）开始着手研制一种稳定、不易燃、不腐蚀且无毒的新型制冷剂。

他查看门捷列夫的化学元素周期表，结果发现只有位于周期表右边的非金属元素能生成在室温下呈气态的化合物，同时他还注意到化合物的可燃性从左到右依次减小。事实上，卤化物可以用来阻燃，可是他发现比较重的元素化合物通常毒性很大。通过上述观察，他认为氟和其他较轻的非金属元素形成的化合物可以制成性能优良的制冷剂。经过2年的艰苦实验，他合成出二氟二氯甲烷（即CFC-12，R12）。

发展

美国杜邦公司于1931年将R12工业化，商标名称为Freon（氟里昂）。R12具有理想的制冷效果，从而在20世纪30年代初开始投入大批量生产，从家用冰箱、空调到除臭喷雾剂都离不开它。20世纪80年代后期，R12的生产达到了高峰，产量达到了144万吨。在对其实行控制之前，全世界向大气中排放的R12已达到了2000万吨。

在R12之后，一系列CFCs和HCFCs陆续出现，如CFC-11（R11）于1932年，CFC-114（R114）于1933年，CFC-113（R113）于1934年，HCFC-22（R22）于1936年相继问世。由于杜邦公司大量地生产R12、R22、R11、R113、R114、R115、R502等制冷剂，使得其制冷剂商标Freon几乎成为这些制冷剂的代名词。

禁用

人们直到50年后才逐渐发现，大气平流层的含氯(溴)自由基的物质以及氮氧化物正在吞噬臭氧，而氟利昂是这些氯(溴)自由基的主要来源。尽管氟利昂在大气中的含量不大(大约占大气总量的十亿分之一)，但是其破坏力极强。人类意识到氟利昂的危害之后，开始逐渐在采取行动限制这种制冷剂的使用。美国于1974年禁止使用该物质，但是美国的很多海外公司仍然在生产，第二世界国家到2010年才实行全面禁止使用。

1984年10月联合国通过了“特伦多备忘录”，要求各国大量减少氟利昂的产量和需求。在1985年3月联合国通过了“维也纳公约”，进而在1987年9月又通过了“蒙特利尔协定”，确切提出要限制生产和销售R11、R22、R113、R114和R115等氟利昂的产量，到1998年其产量要逐步降低到1986年生产水平的50%，并在下一个世纪初尽可能地取消这类产品。国际公约强制规定：全面禁用空调业大量使用的制冷剂氟利昂（R22，属于HCFCs）。发达国家必须在2030年前全面禁用，发展中国家也不迟于2040年。

1999年初，中国就曾出台一项旨在保护臭氧层的措施，该措施中制定了这样的计划：“到2010年，我国将全面禁止生产和，使用消耗臭氧层的物质——氟利昂。

按照这个计划，中国应从1999年7月1日开始把氟利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，直至2010年1月1日，氟利昂被禁止使用。2010年9月27日，环境保护部、发展改革委、工业和信息化部等三部门联合发布《中国受控消耗臭氧层物质清单》的公告，对CFC、HCFC等物质做出停止或限制生产的规定。

前景

虽然有禁止使用氟利昂的政策出台，新生产的家电产品中全面禁止使用氟利昂，但是使用氟利昂的旧家电等产品，不会被立即叫停，而只能随着其更新换代逐步淘汰。市场上无氟的新冷媒空调市场占有率极低，新型制冷剂价格高昂，且需重新设计系统等等因素使得氟利昂被新型制冷剂替代还需很长时间。

据有关人员调查：至2013年8月1日，中国仍然大量使用氟利昂，未来数年甚至数十年内，中国氟利昂的使用量仍然会居高不下，保护臭氧层的形势依然十分严峻。

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：

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。

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。

环境问题环境危害

氟利昂中，对臭氧层危害最大的属CFC类；HCFC对臭氧层的破坏力较弱；HFC则对臭氧层无害，但对温室效应有一定影响。

大多数常用氟利昂对环境有显著的危害。上表中R152a和R142b两种氟利昂对环境危害相对低，它们共同的特点是不含或仅含一个氯原子，一个以上的氢原子和氟原子。它们在自然界的稳定性都比较差，不会对臭氧层构成威胁。对臭氧层有危害的实际上是氟利昂中的氯元素，而不是氟元素，所以通常所讲的“无氟”概念，不管是讲无氟里昂，还是讲无氟元素，都有不准确之处。

氟利昂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；一氧化氯极不稳定，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）。

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。

由于臭氧层保护地球表面不受太阳强烈的紫外线照射，破坏后将会影响生物圈的动植物界，特别是会使人类皮癌患者增多。大气中的氟利昂R11和R12的含量在增加，臭氧浓度在降低，甚至使南极上空出现了臭氧空洞。臭氧空洞的出现，会造成：使微生物死亡；使植物生长受阻，尤其是农作物如棉花、豆类、瓜类和一些蔬菜的生长受到伤害；使海洋中的浮游生物死亡,导致以这些浮游生物为食的海洋生物相继死亡；使海洋中的鱼苗死亡，渔业减产；使动物和人的眼睛失明；使人和动物免疫力降低。[1]

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.

氟利昂在大气中浓度的增加的另一个危害是“温室效应”，本来地球表面的温室效应的典型来源是大气中的二氧化碳，但大多氟利昂也有类似的特性，而且它的温室效应效果比二氧化碳还高。温室效应使地球表面的温度上升，引起全球性气候反常。

如果地球表面温度升高的速度继续发展，科学家们预测：到2050年，全球温度将上升2－4摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面上升，使一些岛屿国家和沿海城市淹没于海水之中，其中包括纽约，上海，东京和悉尼。

解决环境问题的方法

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。

替代品开发：氟利昂的替代品应满足以下要求：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；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；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。

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。 Eui Jin Kim等人研究的植物油基生物表面活性剂，因此，有望在工业清洗中作为CFC的替代品使用。[2]

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。

使用安全氟利昂安防措施

使用过程应注意：

密闭操作，全面通风。

操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。

建议操作人员穿防静电工作服，戴一般作业防护手套；必要时，戴化学安全防护眼镜；特殊情况下，佩戴自吸过滤式防毒面具（半面罩）。

远离火种、热源，工作场所严禁吸烟，避免高浓度吸入，避免发生爆炸。

使用防爆型的通风系统和设备，防止气体泄漏到工作场所空气中。

避免与氧化剂接触。

在传送过程中，钢瓶和容器必须接地和跨接，防止产生静电。搬运时戴好钢瓶安全帽和防震橡皮圈，防止钢瓶碰撞、损坏。

配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。

在冷冻设备中，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，其装置应采用丁腈橡胶作垫片或密封圈。

泄露处理：迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿防静电工作服。尽可能切断泄漏源。合理通风，加速扩散。如无危险，就地燃烧，同时喷雾状水使周围冷却，以防其它可燃物着火。或用管路导至炉中、凹地焚之。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。

储存方式

储存于阴凉、干燥、通风良好的不燃库房。远离火种、热源。应与氧化剂分开存放，切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备。

参考资料