制冷剂回收与再生现状分析

制冷剂回收与再生现状分析

李璐

珠海格力电器股份有限公司   广东省珠海市  519000

摘要：目前，随着基础建设的发展，我国的各行各业建设的发展也有了改善。我国是全球最大的制冷设备与制冷剂生产国和消费国。2020年，工商制冷空调行业预计实现利润165亿元。预计至2030年，我国制冷空调行业制冷剂消费总量将达15.4～17.8万吨，进入HCFCs制冷剂淘汰末期，我国将于2024年启动HFCs的产量和消费量削减。以建筑空调和冷冻冷藏领域长期使用的制冷剂R22为例，其产能配额从2013年的30.8万吨削减至2020年的22.5万吨，2030—2040年除保留少量(约2.5%)维修用途外将实现全面淘汰。对制冷系统内原有的制冷剂进行回收再生处理，是应对制冷剂产能配额削减压力和减少制冷剂排放的有效方法。

关键词：制冷剂；回收；再生现状分析

引言

制冷空调装置的大规模生产，需要使用大量制冷剂。目前使用的制冷剂以人工合成的卤代烃类工质为主，包括氯氟烃(CFCs)、氢氯氟烃(HCFCs)、氢氟烃(HFCs)、氢氟烯烃(HFOs)等。这些人工合成工质排放至自然环境中，必定会对环境产生影响;如现有制冷空调产品中应用最广泛的主流HCFCs和HFCs制冷剂，有数十倍甚至万倍于CO2的温室效应，其中HCFCs还破坏臭氧层。因此，减少制冷剂排放是保护地球生态环境的必然要求。解决制冷剂排放造成环境破坏问题的理想方式是实现制冷剂的回收再生。目前制冷剂的排放源主要有4大方面，包括制冷设备生产调试产生的废弃制冷剂，制冷设备维修、移装过程排放的制冷剂，制冷电器报废产生的废弃物以及小包装制冷剂使用后的残留量;其中设备维修、移装、报废过程以及制冷剂罐残留导致的氟利昂制冷剂排放，由于难以发现、监管困难、回收经济效益低、技术难度高，这些环节中的制冷剂回收做得很不到位，成为制冷剂排放的主要来源。

1制冷剂回收再生过程

“冷却法”、“压缩冷凝法”和“推拉法”是目前进行制冷剂回收的3种主要方法，常用压缩冷凝法、压缩冷凝法与推拉法的复合方法，其中，制冷压缩机是主要耗能设备。制冷剂回收过程中或回收后需要进行净化并去除其中的水、润滑油、颗粒物和不凝性气体等。制冷剂净化前需进行纯度检测，纯度大于96%直接利用;纯度在75%～95%选择性净化;纯度小于75%需进行制冷剂净化。回收后的制冷剂分为可再生制冷剂和不可再生制冷剂。氧化程度高再生困难的制冷剂及难以分离的制冷剂混合物都属于不可再生制冷剂，必须破坏处理。使用简易再生方法，制冷剂一次或多次通过过滤器、油分离器和干燥器除杂，制冷剂简易再生装置体积小，适用于现场少量再生。再生后制冷剂纯度不高，只能在原设备中再利用，不能用于其它设备。蒸馏再生方法能获得纯度高、可用于其它设备的制冷剂。蒸馏精制装置庞大、运行能耗高，适合集中处理制冷剂。从回收容器中对制冷剂取样进行光谱分析确认成分，然后进行蒸馏精制，经过滤器、油分离器、在分馏塔内分馏，再经脱酸、脱水工序后进入压力容器贮藏。在日本，蒸馏再生的制冷剂产品才能根据标准进行分级管理。

2优化措施分析

2.1简易再生

简易再生主要包含3个步骤:除油、干燥、不凝气分离。除油目的是去除溶解在制冷剂中的压缩机润滑油。制冷剂在制冷系统长期运行过程中，不可避免与压缩机润滑油直接接触，由于制冷剂与润滑油通常具有良好的互溶性，制冷剂回收过程中会连同润滑油一起回收，导致回收的制冷剂中润滑油含量超出可再生的标准。简易再生技术使用基于两者蒸气密度不同而进行物理分离的油气分离器，常用的分离方法包括重力分离、惯性分离、离心分离及聚结分离。重力分离利用重力作用分离油和制冷剂;惯性分离通过改变流道或流道面积促使油滴分离;离心分离通过施加远大于重力加速度的离心加速度，达到分离目的;聚结分离利用金属丝网或机织过滤层使制冷剂蒸气中的油雾不断附着在其表面以进行分离。干燥目的是去除制冷剂中的水分。制冷剂中水分的存在不仅影响其本身的热力学性质，降低制冷效率，还可能腐蚀设备，造成固体残渣;或由于温度压力骤降在制冷循环系统中的膨胀阀处冷冻凝结，影响管道畅通。因此，去除水分是制冷剂再生中的必要环节。有机物脱水现有蒸馏、精馏、渗透汽化、干燥剂脱水4种方式。蒸馏、精馏脱水法，设备投资成本大且工艺复杂，对于制冷剂中含水量很少的情况，这两种方法效率较低，且耗能大。渗透汽化膜分离技术需要长期开发合适的膜材料。物理干燥剂分子筛具有很强的吸水性，即使在水分很少的情况下仍能吸附大量的水，且具有良好的化学惰性和热稳定性等特点，因此采用分子筛干燥器是制冷剂脱水最常用的方法。不凝气分离目的是去除制冷剂中的空气。制冷系统中的不凝气主要指空气，在制冷系统内循环时容易聚集在换热器内部，降低换热效率，增大压缩机功率和功耗。回收的制冷剂一般会被储存在耐高压的容器中，绝大部分制冷剂以液态形式存在，部分制冷剂以气态形式与不凝气存在于回收容器的上方。不凝气的分离方式主要包括两种:一种是在制冷剂储存容器的上方设置放空阀，当容器内的压力超过制冷剂的饱和压力时，打开放空阀排出不凝气;另一种是设置气液分离器实现不凝气与液态制冷剂的分离，具体做法是从气液分离器的底部将液相的制冷剂抽出，实现与不凝气的分离。

2.2制冷剂充注量＜100kg的小型机组

厂商如果对制冷剂的回收速度要求不高，可直接选择小型制冷剂回收加注机。对于充注量为100kg的水冷系统，此类回收加注机需2～3h完成回收，而风冷机组的回收时间稍长。影响回收时间的主要因素为制冷系统中液态和气态制冷剂分别所占比例，液态制冷剂回收速度约为100kg/h，而气态制冷剂回收速度仅为15kg/h左右。对于在进行维修时使用回收机并且回收后的制冷剂是用来回充至原系统的，则无需配备分油装置对回收后的制冷剂进行分油处理，而只需配备干燥过滤器用于去除回收的制冷剂中的水分及杂质。其主要原因是由于油分离器在小型回收机上的能力有限，很难将油从回收后的制冷剂中完全分离，而如果回充至原系统再使用不涉及油污染问题，故无需分油。

2.3制冷剂充注量为800～3000kg的机组

对于制冷剂充注量为800～1000kg的制冷设备制造或维修厂商，若对回收速度要求不高，同样可采用上述2～3HP(1．47～2．20kW)回收机，回收时间需要7～9h。对于更大型的制冷设备制造或工程商，此类中型制冷剂回收机明显无法满足工作要求，需应用功率为5～7HP(3．68～5．16kW)，气态制冷剂回收速度为100～160kg/h，液态制冷剂回收速度为5000～8000kg/h的大型制冷剂回收机，充注量为800～1000kg的制冷系统完成制冷剂回收约需2h，而充注量为3000kg的制冷系统完成制冷剂回收约需5h。此种制冷剂回收机对大型中央空调机组进行制冷剂回收时，由于制冷剂的回收量极大，难以一次性将回收的制冷剂内的润滑油全部分离，而且如果回收的是液态的制冷剂，在经过油分离器之前必须先转化为气态才能进行分油处理，从而大大降低整个制冷剂回收系统的回收效率。考虑到此类大型制冷系统检修过程中的制冷剂充注量过大，回收后的制冷剂应在检修完成后直接回充至原系统，避免进行分油处理。

结语

制冷剂的广泛应用导致氟利昂物质在大气中大量排放，引起臭氧层空洞问题并加剧全球温室效应。解决氟利昂物质排放造成的环境问题需要减少制冷剂排放，最有效的方式是通过建立完善的制冷剂回收体系、应用先进的制冷剂处理技术，实现制冷剂的回收与再生。

参考文献

［1］王海涛，孙姣，王星，等．制冷剂排放回收现状分析［J］．家电科技，2014(10):85－87．