HCFCs制冷劑替代對冷凍機油產品需求的影響

張霞玲，張美瓊，郝盼東，王凱明

(中石油克拉瑪依石化有限責任公司煉油化工研究院，新疆 克拉瑪依 834000)

HCFCs制冷劑替代對冷凍機油產品需求的影響

張霞玲，張美瓊，郝盼東，王凱明

(中石油克拉瑪依石化有限責任公司煉油化工研究院，新疆 克拉瑪依 834000)

文章總結了我國冷凍機油的產品現狀、制冷行業的發展方向和冷凍機油的需求情況。目前國內合成型冷凍機油和知名品牌冰箱用低黏度冷凍機油主要為國外進口產品，對國內開發這兩種類型冷凍機油的期望與要求非常迫切；國內正在積極研究以R290為制冷劑的壓縮機，相關研究機構應積極開發與R290匹配的冷凍機油。

制冷劑；冷凍機油；合成油；R290

0 引言

《京都議定書》和《蒙特利爾議定書》都已嚴格規定了發展中國家凍結和淘汰氫氟氯烴(HCFCs)制冷劑的時間表，我國到2030年除維修用途保留少量HCFCs(主要為R22)外將實現全面淘汰。我國現階段的制冷行業存在多種新老制冷劑并存的格局，由于制冷劑的發展變化，與過去氟氯烴(CFCs)、HCFCs制冷劑配套使用的冷凍機油不完全適用于替代工質，與新一代制冷劑相適應的潤滑油在不斷的開發研究中。

在這種形勢下，我們需要對制冷行業的發展方向和冷凍機油的需求情況及國內外產品情況進行調研，以明確今后冷凍機油的發展方向。

1 制冷行業發展方向

目前，我國制冷行業使用最多的制冷劑就是HCFCs制冷劑，主要包括R22、R123、R141b和R142b等，其中R22又占了絕大部分。據中國制冷空調工業協會統計[1]：在HCFCs制冷劑行業消耗總額中R22占到99%，2008年我國家用空調使用的R22約為5.71萬t，商用空調使用的R22約為4.13萬t，HCFCs制冷劑使用總量達10.46萬t，并且每年以超過20%的速度增長，2013年凍結用量為13.81萬t。

在相關法律法規的約束下，HCFCs制冷劑的替代將是大勢所趨。我國作為世界上最大的R22生產國和使用國，制冷劑更新工作中最突出和重要的問題就是R22制冷劑的替代工作。

1.1 制冷劑的替代原則

世界各國都在積極開發新型環保型制冷劑，用來替代CFCs和HCFCs制冷劑。制冷劑的選擇不僅要遵守《蒙特利爾議定書》和《京都議定書》，而且還要從環保、安全、熱力學性能以及經濟方面綜合考慮。選擇替代制冷劑應考慮以下要求：①良好的環境保護性能，即不能破壞臭氧層，不能加劇溫室效應；②優良的熱力學性能；③較好的安全性能，如無毒、不可燃；④系統的耐久性，包括熱力學、化學穩定性以及材料與潤滑油的相容性等；⑤制造成本低，生產工藝簡單，便于管理等[2]。

目前，使用的替代制冷劑主要有3大類：第一類是氫氟烴(HFCs)制冷劑，如R134a；第二類是HCFCs、HFCs混合制冷劑，如R22/R152a；第三類是天然工質制冷劑，如氨(R717)、異丁烷(R600a)、CO2(R744)等。在制冷劑的更新替代方面，要遵循逐漸替代的原則：用環境參數好的制冷劑替代環境參數差的制冷劑，即用HCFCs替代CFCs制冷劑，用HFCs替代CFCs、HCFCs制冷劑，用自然工質替代人工合成工質制冷劑。全球市場空調制冷劑份額變化情況預測如表1所示。

表1 全球市場空調冷媒份額變化情況預測* %

注：*數據來源于國內某知名制冷壓縮機廠家的統計和預測。

從表1可以看出，在全球空調冷媒領域：R22的市場份額逐年遞減；2012-2015年R410a市場份額有少量波動，但變化不大，2016-2017年將有小幅上升；從2013年開始，R32/R290市場份額逐年升高。

1.2 國外制冷劑的使用及替代情況

在過去的十幾年時間內，發達國家已經基本完成了HCFCs制冷劑的淘汰轉換。在這一轉換過程中，R410a、R134a、R404a等HFCs制冷劑作為HCFCs制冷劑的主要替代品，在許多發達國家獲得了廣泛的使用。

隨著全球范圍內削減高全球變暖潛能值(GWP)的HFCs制冷劑的呼聲日益高漲，發達國家在高GWP的HFCs制冷劑的削減與替換方面比其他國家和區域實施得要早，因此取得了一些重要的進展。

R410a、R134a制冷劑在歐美及日本已規模化應用了多年，采用R32作為制冷劑的家用空調在日本已經銷售了數百萬臺，采用R744作為制冷劑的熱泵熱水器也已銷售了數百萬臺；大中型冷凍冷藏領域，NH3/CO2復疊系統在美國和歐洲已經取得了較好的推廣應用；在輕商制冷領域，冰激凌機、飲料柜、自動販賣機部分采用了碳氫化合物制冷劑(HCs)或R744作為制冷劑；在大型離心式冷水機組產品領域，有企業推出了采用R1233zd(一氯三氟丙烯)作為制冷劑的產品。另外，杜邦、霍尼韋爾、阿科瑪等制冷劑生產廠家針對低GWP的替代品開發出了R1234yf、R1234ze等氫氟烯烴制冷劑(HFOs)和其混合制冷劑系列，多個空調廠家也已做了大量的產品研發和測試，R1234yf也在汽車空調中獲得了應用[3]。

1.3 國內HCFCs制冷劑的淘汰進程

根據中國環保部對外經濟合作辦公室消息，為了完成2013年凍結、2015年淘汰10%的目標，中國工商制冷空調行業在第一階段需要淘汰HCFCs制冷劑8450 t，房間空調器行業在第一階段需要淘汰HCFCs制冷劑10670 t。

中國環境保護部對外合作中心、聯合國開發計劃署(UNDP)、聯合國環境規劃署(UNEP)和行業協會攜手合作，組織開展了制冷空調行業HCFCs制冷劑淘汰管理計劃的落實實施與監督管理工作。截止到2014年8月，工商制冷空調行業內先后有11家企業完成了HCFCs制冷劑淘汰改造項目合同簽署的工作，見表2所示，項目完成后可淘汰約7000 t的R22；房間空調器行業有15家企業簽署了24條生產線的改造合同，見表3所示，項目完成后淘汰約8100 t R22[3]。

表2 中國工商制冷空調行業HCFCs制冷劑淘汰改造 項目匯總

表3 中國房間空調行業HCFCs制冷劑淘汰改造項目匯總

表3(續)

2 冷凍機油需求情況

2.1 空調用冷凍機油的需求情況

R22制冷劑配套用冷凍機油盡管在當前制冷空調行業還有著不菲的表現，但它終將會隨著R22制冷劑的禁用而退役。由于制冷劑的變化，對冷凍機油的需求也在發生變化，從而敦促了企業必須根據國家政策，先一步完成R22制冷劑的替代。

從當前情況看，空調制冷劑的變化趨勢為R22-R410a-R32-R290，其中R410a和R32均為過渡制冷劑，發達經濟體，如北美、歐洲、日本等地區已經完成新冷媒(R410a)的切換，但R32全球變暖系數只有R410a的三分之一，而且其破壞臭氧層潛能值ODP為0，因此R32將比R410a更受歡迎。

上海海立(集團)股份有限公司主要從事家用和商用空調壓縮機的研發、生產和銷售業務，是規格、品種最為齊全的制冷壓縮機供應商。2004年，海立已開始加大節能變頻產品(制冷劑R410a)的研發生產，截至目前，海立的節能變頻產品已占年產量的55%以上。因此，與R410a制冷劑配套用合成型冷凍機油的需求量也快速上升，從海立2015年5個月的變頻產品的銷量情況看，合成油的用量上升了近15%。

據了解，目前日本市場已完成以R32制冷劑為主導的空調壓縮機的轉型，其中以大金為代表，在2014年已經形成批量生產。趨于市場導向，海立也加快了以R32制冷劑為主導的空調壓縮機的研發、生產。

目前國內合成型冷凍機油主要來自日本的JX和新日石的酯類合成油。由于合成油主要為國外進口產品，價格高，同時供貨量和供貨及時性都存在問題，因此對國內開發合成冷凍機油的期望與要求非常迫切。

關于R290制冷劑，雖然目前國家激勵政策已經出臺，但在壓縮機國家標準方面未有突破，所以目前大多壓縮機廠在以R290為制冷劑的壓縮機研究方面仍處于探索階段。上海日立在以R290為制冷劑的空調壓縮機的研發已經完成，與其匹配使用的冷凍機油為國外某產品，目前作為技術儲備，可以根據國家政策和市場需求進行量化生產，國內相關研究機構也應積極開發與R290配套的冷凍機油。

2.2 冰箱用冷凍機油的需求情況

在中國和歐洲的大部分國家采用以R600a為代表的HCs制冷劑的電冰箱已被大量使用。由于礦物油與HCs制冷劑的溶解性非常好，故礦物油類的冷凍機油仍被廣泛地使用。用HCs系制冷劑的電冰箱為往復式壓縮機，以節能為目的，作為其配套冷凍機油目前是以40 ℃下約10 mm2/s的礦物油為主流。從節能的觀點出發，需要通過降低黏性阻力來降低摩擦損失，今后冰箱冷凍機油的發展趨勢是低黏度化，為避免低黏度帶來的磨損需要開發可抑制磨損并具有低摩擦特性的冷凍機油配方。

3 國內冷凍機油使用現狀和專利研究情況

3.1 R22制冷劑用礦物油型冷凍機油(空調用)

R22制冷劑雖然處于被淘汰邊緣，但與其配套使用的冷凍機油仍有一定市場，主要產品有日本太陽5GS和4GS，黏度等級分別為100和56，國內56號冷凍機油也占有一定市場。

與上海海立壓縮機生產技術人員進行技術交流過程中了解到，作為技術儲備，上海海立以R290為制冷劑的空調壓縮機的研制工作已經完成，現階段正處在與其匹配使用的冷凍機油的實驗研究階段。

3.2 R600a制冷劑用礦物油型冷凍機油(冰箱用)

當前，國內知名冰箱壓縮機制造商使用的低黏度冷凍機油均為國外進口品牌。英國的Castrol Aircol HC系列、德國的Fuchs Reniso WF系列、日本的JOMO Freol S系列和Sunison GS-AJ系列等產品占據國內冰箱用冷凍機油市場80%以上的份額。它們以其優良的品質和產品穩定性而備受用戶青睞，即使價格昂貴，仍然能夠壟斷中國的冷凍機油市場。

3.3 合成油型冷凍機油

近幾年來，合成油型冷凍機油備受關注，應用范圍很廣，需求量也很大。

汽車空調用制冷劑是R134a，使用的冷凍機油主要有酯類合成油(POE)和聚醚類合成油(PAG)。聚醚類合成油的優點是黏溫性能好、黏度范圍寬，但吸水性強、絕緣性差，酯類跟醚類相比，具有熱-化學穩定性優良、材料適應性好、絕緣性高等優點，因此在汽車空調中有取代醚型油的趨勢。

變頻空調器用R410a與礦物油不互溶，需要使用POE、聚乙烯醚(PVE)、PAG作為冷凍機油，也可用硬烷基苯油(HAB)作為冷凍機油，優先選擇電絕緣性、潤滑性較好的PVE油，此外，PVE油還用于R404A等低溫制冷劑。

氨系制冷劑一直以來被用于工業冷凍機組和空調設備等大型裝置，它對冷凍機油的低溫流動性要求較高，所以一直使用低溫流動性較好的烷基苯和聚-α-烯烴(PAO)和相溶性、低溫性好的PAG。

CO2制冷劑與礦物油、烷基苯相溶性極差，一般選用PAG油。

當前，美孚、福斯、嘉實多、出光等國外各大潤滑油公司均能生產合成型冷凍機油。我國市場所需合成油主要為國外進口產品，國內一些科研院所，如中國石化石油化工科學研究院、中科院廣州化學研究所、北京燕山石化研究院等自20世紀90年代開始研發與氫氟烴制冷劑相匹配的合成冷凍機油，并開發出一些性能較優良的新型冷凍機油，但是，目前的研究工作主要停留在實驗室階段，很少推出獲得市場應用的產品。

3.4 近兩年冷凍機油相關專利研究情況

對冷凍機油相關的中文專利進行調研，2014年和2015年公布的專利有36篇，授權的專利有5篇，對這些專利按內容和申請機構分類，結果如表4所示。

表4 近兩年冷凍機油相關專利統計

從表4可以看出：近兩年與冷凍機油相關專利大部分跟合成油相關，可見合成油受到越來越大的關注；從申請機構可以看出，日本對冷凍機油的研究較多，而且大多為合成油，國內的申請機構中，民企占大多數；跟生產工藝相關的專利僅有2篇。

可以看出，國內研發合成冷凍機油的重點為酯、醚、烷基苯等，配套使用的制冷劑為HFC、HC和CO2等替代制冷劑。

4 結論

在環保法律法規的約束下，HCFCs制冷劑的替代將是大勢所趨，目前所使用的替代制冷劑主要有HFCs制冷劑和天然制冷劑氨(R717)、R600a、CO2(R744)等。

當前空調制冷劑的變化趨勢為R22-R410a-R32-R290，R410a和R32配套用冷凍機油均為合成油。近兩年合成油是國內冷凍機油研究的重點，但研究工作主要停留在實驗室階段，國內市場使用的合成油主要來自國外，國內應加大合成油的開發力度。大多壓縮機廠在以R290為制冷劑的壓縮機研究方面處于探索階段，國內相關研究機構應積極開發與R290匹配的冷凍機油。

在中國和歐洲大部分國家的電冰箱使用以R600a為代表的HCs制冷劑，配套的冷凍機油是以40 ℃黏度約10 mm2/s的礦物油為主流，目前國內知名冰箱壓縮機制造商使用的低黏度冷凍機油均為國外進口產品，國內應加快低黏度冷凍機油產品的開發。

[1] 張朝暉.中國工商制冷空調領域HCFC淘汰計劃制定工作進展計劃[C].第四屆中國制冷空調行業信息大會,2009.

[2] 王利,何小渝.中國制冷空調行業制冷劑替代策略的思考[J].制冷與空調,2011,11(1):95-100.

[3] 張朝暉,陳敬良,高鈺,等.制冷空調行業制冷劑替代進程解析[J].制冷與空調,2015,15(1):1-8.

Effect of HCFCs Alternative Refrigerants on the Demand for Refrigeration Lubricants

ZHANG Xia-ling, ZHANG Mei-qiong, HAO Pan-dong, WANG Kai-ming

(Research Institute of PetroChina Karamay Petrochemical Company, Karamay 834000, China)

In this paper, the direction of the refrigeration field, the present situation and the demand of refrigeration lubricants are summarized. At present, the domestic synthetic refrigeration oil and the oil of low viscosity used in best-known brand refrigerator are imported. The expectation of these two types of refrigeration oils is very urgent in China. China is actively investigating refrigerating compressors with R290, and therefore research institutes should develop the refrigeration oil matched with R290 as soon as possible.

refrigerant; refrigeration lubricant; synthetic refrigeration oil; R290

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.01.006

1002-3119(2017)01-0029-04

TE624.82

A

2016-10-08。

張霞玲，高級工程師，1990年畢業于西安石油學院化學工程與工藝專業，現在中石油克拉瑪依石化有限責任公司煉油化工研究院從事煉油工藝研究及油品開發工作。E-mail：zmqksh@petrochina.com.cn