Развитие фторуглеродов

Поиск полностью безопасного хладагента с хорошими тепловыми параметрами привел к развитию галоидоуглеродных хладагентов в конце 1920-ых годов. Хладагенты из семейства галоидоуглеродных синтезируют, заменяя один или более атомов водорода в молекуле метана или этана атомами хлора, фтора и/или брома. Название галоидоуглероды дано из-за комбинации метана и этана, чистых углеводородов, с хлором, фтором или бромом, членами семейства галогенов. Галоидоуглероды, полученные из молекулы метана, называются галоидоуглеродами метанового ряда. Также галоидоуглероды, полученные из молекулы этана, называются галоидоуглеродами этанового ряда.

Каждая молекула метана, СЩ (R-50), состоит из четырех атомов водорода (Н), прикрепленных к одному атому углерода (С). Хладагенты метанового ряда получены в результате замены некоторых или всех атомов водорода атомами хлора или фтора. При замене атомов водорода атомами хлора (С1) в результате получаются хлорметан (хлористый метил) CH3CI (R-40), дихлорметан (метиленхлорид) CH2CI2 (R-30), трихлорметан (хлороформ) CHCI3 (R-20) и тетрахлорметан (четыреххлористый углерод) CCI4 (R-10).

Трихлорметан и тетрахлорметан — это основные молекулы, от которых получены более популярные галоидоуглероды метанового ряда. Если атомы хлора в молекуле трихлорметана заменить атомами фтора, получим монофтор дихлорметан CHCI2F и дифтормонохлорметан CHCIF2. Стандартные обозначения ASHRAE для данных составов — R-21 и R-22. Обратите внимание, что последняя цифра в номере хладагента указывает число атомов фтора в молекуле (1 или 2). Также если атомы хлора в молекуле тетрахлорметана заменить атомами фтора, получим монофтор-трихлорметан CCI3F, дифтордихлорметан CCI2F2, трифтормонохлорметан CCIF3 и тетрафторметан CF4 соответственно. Стандартные обозначения ASHRAE для данных составов -- R-ll, R-12, R-13 и R-14. И снова последняя цифра номера хладагента указывает число атомов фтора в молекуле (1, 2, З или 4).

В течение последних 15 лет оказалось, что многие галогенизирован-ные углеводородные хладагенты, которые повсеместно использовались в прошлые пять или шесть десятилетий, истончают озоновый слой земли. Кроме того, что в результате вредные ультрафиолетовые лучи достигают поверхности земли, данные хладагенты также значительно усиливают парниковый эффект (глобальное потепление). Полностью галогенизиро-ванные углеводороды, оказывается, наиболее разрушительны для окружающей среды, так как их молекулы настолько стабильны, что могут оставаться в атмосфере много лет. Полностью галогенизированная молекула углеводорода не содержит атомов водорода. Такие вещества называются хлорфторуглеродами. Они дрейфуют в низких слоях атмосферы много лет, поглощая инфракрасное излучение и способствуя глобальному потеплению.

В конечном счете молекулы хлорфторуглеродов пропитывают богатую озоном стратосферу и подвергаются химической замене. Яркий нефильтрованный солнечный свет бомбардирует молекулы, когда они врезаются в холодные сухие богатые азотом стратосферные облака над магнитными полюсами земли. В результате атомы хлора отделяются и реагируют с озоном (Оз). Атомы хлора преобразуют атомы озона в молекулы кислорода (Ог), которые не фильтруют вредное ультрафиолетовое излучение. Согласно условиям международного соглашения монреальского протокола, группа хлорфторуглеродных хладагентов, прежде всего R-ll, R-12, R-113, R-114, R-115, R-500 и R-502, поэтапно снимаются с производства в развивающихся странах к 1 января 1996 года. Монреальский протокол был подписан в 1987 году и исправлен несколько раз (1990, 1992). Хотя производство вредных хладагентов постепенно прекращается, длительное использование исправленного и переработанного запаса разрешается.

Галогенизированные углеводороды сохраняют один или более атомов водорода в молекулах. Такие хладагенты называются хлорфторуглеводо-родами.

Хлорфторуглеводородные составляющие, из которых наиболее широко используется R-22, имеют меньше атомов хлора и намного меньше сохраняются в атмосфере, чем хлорфторуглероды. Следовательно, они намного меньше истощают озоновый слой и усиливают глобальное потепление. Но так как хлорфторуглеводороды не полностью безопасны с точки зрения экологии, их также будут снимать с производства. Это переходные хладагенты, которые сменили хлорфторуглероды до тех пор, пока не будут получены более приемлемые с точки зрения экологии хладагенты. Монреальский протокол гласит, что никакое новое оборудование с хлор-фторуглеводородами не должно производиться после 2010 года, а полное сокращение производства таких соединений намечено на 2030 год.

Другая группа галогенизированных углеводородов, которые называются фторуглеводородами, не содержит атомов хлора и поэтому не истощает озоновый слой. Большинство таких хладагентов (R-114B2, R-116, R-125, R-134a, R-143a и R-152a) относительно недолго существует в атмосфере и не много усиливает парниковый эффект. Некоторые фторуглево-дороды, особенно R-134a, уже используются как замена для хлорфторуг-леродов. Некоторые смеси двух или более хладагентов также считаются заменой. Несколько составов уже используются.