用於冷卻器應用的反式-氯-3,3,3-三氟丙烯的製作方法

2023-06-10 05:17:41

專利名稱：用於冷卻器應用的反式-氯-3,3,3-三氟丙烯的製作方法
技術領域：
本發明涉及在多種應用中具有用途的組合物，所述應用包括冷卻器應用，和利用這些組合物的方法和系統。具體地，本發明涉及在冷卻器應用中使用包含反式-氯_3，3， 3-三氟丙烯(1233zd(E))的製冷劑組合物的方法。
背景技術：
以碳氟化合物為基礎的流體廣泛應用於製冷、熱泵、空調和冷卻器應用中。碳氟化合物被用來將熱量從不需要的位置傳輸到需要熱量的位置。製冷或空調系統的目的是從冷區域移走能量。熱泵的目的是向熱的區域增加能量。製冷劑的物理性質，如密度、蒸汽壓和汽化熱，幫助確定哪種應用對於製冷劑是最好的。製冷劑的安全性和對環境的影響也應予以考慮。例如，可燃性、臭氧消耗潛勢(ODP) 和全球變暖潛勢(GWP)都應予以考慮。製冷劑的混合物通常用於與製冷系統或熱泵系統期望的物理性質相匹配。然而， 離心式冷卻器只能適應純製冷劑或者共沸製冷劑，因為非共沸混合物在池沸騰蒸發器內會分離而降低系統的性能。對於用於冷卻器的新的製冷劑，需要考慮的重要因素是COP (以KW記的冷卻量與以KW記的整個冷卻器消耗的能量之間的比率)。COP允許對冷卻器系統中不同的製冷劑進行有效地比較。COP越高，系統將能量轉換成所需要冷卻的效率越高。發明概述本發明的各方面涉及在冷卻器系統中具有用途的組合物，和利用這種組合物的方法和系統。本發明提供包含至少反式1-氯-3，3，3-三氟丙烯(1233zd(E))的組合物。在諸如冷卻器的製冷應用中，從環境角度講，包含化合物1233zd(E)的組合物是合適的氯氟烴的替代物。發明詳述已經發現，1233zd(E)(反式1-氯-3，3，3_三氟丙烯)作為冷卻器應用中的製冷劑特別有用。由於1233zd(E)在大氣中的壽命極短，這些分子的臭氧消耗潛勢和全球變暖潛勢顯著小於目前使用的製冷劑R-123。另外發現，目前已有的低ODP分子中，在蒙特婁協定中沒有被規劃為逐漸淘汰的所有化合物中，1233zd(E)的COP最高。已經發現，在冷卻器應用中，製冷劑1233zd(E)的表現優於順式異構體 1233zd(Z)。1233zd(E)具有高得多的容量，因此傳遞相同的容量可以使用比1233zd(Z)或R123系統更小的系統。1233zd(E)的COP略低於1233zd(Z)的，並且與R123的相當。可用於本發明的組合物包括反式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯(HCFC-1233zd(E))。 雖然預期本發明的組合物可以包括寬範圍用量的1233zd(E)，但通常本發明的製冷劑組合物所包含的1233zd(E)的量為總組合物的至少約50重量％，並且更特別地為至少約70重量％。在多個實施方案中，本發明的傳熱組合物包含100%的1233zd(E)。用於本發明的1233zd(E)應該以足夠高的純度使用，以避免給所述系統的冷卻或加熱性能帶來不利影響。本發明的組合物可包括其它組分，目的是加強或提供組合物的某種功能，或在某些情況下，降低組合物的成本。例如，根據本發明的製冷劑組合物，特別是用於蒸汽壓縮系統中的那些，包括潤滑劑，通常佔組合物的約30至約50重量％。另外，本發明組合物還可包括兼容劑，如丙烷和戊烷，目的是輔助潤滑劑的相容性和/或溶解度。這種兼容劑，包括丙烷、丁烷和戊烷，優選佔組合物的約0. 5至約5重量％。表面活性劑和增溶劑的組合也可以添加到本發明的組合物中，以輔助油溶性，如美國專利號6，516，837所披露的，該披露內容被引入作為參考。與氫氟烴(HFC)製冷劑共同用於制冷機械中的常用的製冷潤滑劑， 如多元醇酯(POEs)和聚亞烷基二醇(PAGs)、矽油、礦物油、烷基苯(ABs)和聚(α -烯烴) (PAO)，可與本發明的製冷劑組合物共同使用。還可以加入作為穩定劑的硝基甲烷。許多現有製冷系統目前已適應與現有製冷劑共同使用，據信本發明的組合物可以適用於許多這類系統，系統可以進行改造也可以不進行改造。在許多應用中，本發明的組合物可以作為目前基於具有相對高容量的製冷劑的系統的替代物提供其優勢。另外，在例如因為成本的原因，希望使用本發明的較低容量的製冷劑組合物代替較高容量的製冷劑的實施方案中，本發明組合物的這些實施方案提供一個潛在的優勢。因此，在某些實施方案中優選使用本發明的組合物，特別是包含顯著比例的1233zd(E)，並且在一些實施方案中基本上由1233zd(E)組成的組合物作為現有製冷劑如R-Il和R-123的替代物。在某些應用中， 本發明的製冷劑潛在地允許較大排量壓縮機的使用優勢，從而導致較其它製冷劑如R-13^ 具有更好的節能效率。因此，包括1233zd(E)的製冷劑組合物，提供了實現製冷劑替代應用中以能量為基礎的競爭優勢的可能性。預期包括1233zd(E)的組合物在通常連同工業空調系統使用的冷卻器中也有優勢(在原系統中或者當作為製冷劑如R-12和R-500的替代物使用時)。不需要易燃性抑制劑，因為1233zd(E)是不可燃的。此外，1233zd(E)可以作為易燃性抑制劑添加到使用可燃製冷劑的冷卻器中。本發明的方法、系統和組合物因此適用於連同汽車空調系統和設備、工業製冷系統和設備、冷卻器、家用冰箱和冷凍機、一般空調系統、熱泵等一起使用。因此，所述組合物被用在多種方法和系統中，包括在用於傳遞熱量的方法和系統中的傳熱流體中，如在製冷、空調和熱泵系統中使用的製冷劑。例如，傳熱方法一般包括提供本發明的組合物，並造成熱量被傳輸到組合物或從組合物傳出而使組合物發生相變。例如，本發明方法提供了通過從流體或者製品吸熱以進行冷卻，優選地通過蒸發位於待冷卻物體或流體附近的本發明製冷劑組合物以得到包含本發明組合物的蒸汽。優選的方法包括壓縮製冷劑蒸汽的另外步驟，通常使用壓縮機或者類似設備以得到相對壓力升高的本發明組合物的蒸汽。一般來說，壓縮蒸汽步驟的結果是蒸汽的熱量增加，導致相對高壓蒸汽的溫度升高。優選地，本發明方法包括從這個相對高溫、 高壓蒸汽移除至少一部分通過蒸發和壓縮步驟加入的熱量。移除熱量的步驟優選地包括當蒸汽在相對高壓條件下時，冷凝高溫高壓蒸汽，以得到相對高壓的包含本發明組合物的液體。這種相對高壓的液體優選地隨後經歷了名義上的等焓減壓的過程以得到相對低溫、低壓的液體。在這樣的實施方案中，正是這種被降溫的製冷劑液體，隨後又被來自待冷卻物體或者流體所傳遞的熱量蒸發。在本發明的另一個方法實施方案中，本發明的組合物可以被用在產生熱量的方法中，包括冷凝位於待加熱液體或物體附近的包含所述組合物的製冷劑。這種方法，如上文提到的，經常是上文提到的製冷循環的逆循環。對於本發明的目的，離心式冷卻器表示使用離心式壓縮以將製冷劑氣體從低壓轉換到高壓的製冷設備。壓縮可以以單階段或多階段進行。優選地該方法的多階段操作包括約兩階段到約五階段，更優選約兩階段到約四階段，最優選約兩階段到約三階段壓縮。所述階段的確切數目取決於實際應用，並且不需要過分的實驗就能確定。本發明的1233zd(E)組合物可以用在產生製冷的方法中，包括冷凝製冷劑和其後蒸發位於待冷卻物體附近的該製冷劑。可選地，本發明的1233zd(E)組合物可以用在產生加熱的方法中，包括冷凝位於待加熱物體附近的製冷劑和其後蒸發該製冷劑。在另一種實施方案中，本發明的1233zd(E)組合物可以用於使用離心式冷卻器產生製冷的方法中，包括通過離心壓縮壓縮本發明的化合物或混合物和蒸發位於待冷卻物體附近的製冷劑。下面的實施例用來舉例說明本發明但並不限制其範圍。實施例11233zd(E)的蒸汽壓藉助MKS加熱壓力傳感器測定。
權利要求
1.產生製冷的方法，包括壓縮包含1233zd(E)的製冷劑組合物，其中所述壓縮在離心式冷卻器系統內發生。
2.權利要求1的方法，其中COP在4.7和4. 96之間。
3.權利要求1的方法，其中所述製冷劑組合物包含至少50wt%的1233zd(E)，基於組合物的總重量。
4.權利要求1的方法，其中所述製冷劑組合物包含至少70wt%的1233zd(E)，基於組合物的總重量。
5.權利要求1的方法，其中所述製冷劑組合物包含基本上由1233zd組成的氫氟烯烴， 其中所述1233zd的大部分為1233zd(E)。
6.權利要求5的方法，其中所述1233zd由1233zd(E)和1233zd(Z)按約2 1到約 99 1的比例組成。
7.權利要求6的方法，其中所述比例為約4 1到約19 1。
8.產生製冷的方法，包括在冷卻器內壓縮包含至少50wt%1233zd(E)的製冷劑，並且隨後在鄰近待冷卻物體處蒸發所述製冷劑。
9.權利要求8的方法，其中所述製冷劑基本上由1233zd(E)組成。
10.離心式冷卻器系統，包括a 離心式壓縮機；和b 包含1233zd(E)的製冷劑，其中所述製冷劑在所述離心式壓縮機內被處理。
全文摘要
本發明涉及可用於冷卻器應用的包含反式-氯-3，3，3-三氟丙烯(1233zd(E))的製冷劑組合物和使用1233zd(E)的方法。
文檔編號C09K5/04GK102264860SQ200980102660
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月16日 優先權日2008年12月17日
發明者M·W·斯帕茨, R·R·辛赫, R·赫爾斯 申請人:霍尼韋爾國際公司