HCFCs制冷剂替代对冷冻机油产品需求的影响

张霞玲，张美琼，郝盼东，王凯明

(中石油克拉玛依石化有限责任公司炼油化工研究院，新疆 克拉玛依 834000)

HCFCs制冷剂替代对冷冻机油产品需求的影响

张霞玲，张美琼，郝盼东，王凯明

(中石油克拉玛依石化有限责任公司炼油化工研究院，新疆 克拉玛依 834000)

文章总结了我国冷冻机油的产品现状、制冷行业的发展方向和冷冻机油的需求情况。目前国内合成型冷冻机油和知名品牌冰箱用低黏度冷冻机油主要为国外进口产品，对国内开发这两种类型冷冻机油的期望与要求非常迫切；国内正在积极研究以R290为制冷剂的压缩机，相关研究机构应积极开发与R290匹配的冷冻机油。

制冷剂；冷冻机油；合成油；R290

0 引言

《京都议定书》和《蒙特利尔议定书》都已严格规定了发展中国家冻结和淘汰氢氟氯烃(HCFCs)制冷剂的时间表，我国到2030年除维修用途保留少量HCFCs(主要为R22)外将实现全面淘汰。我国现阶段的制冷行业存在多种新老制冷剂并存的格局，由于制冷剂的发展变化，与过去氟氯烃(CFCs)、HCFCs制冷剂配套使用的冷冻机油不完全适用于替代工质，与新一代制冷剂相适应的润滑油在不断的开发研究中。

在这种形势下，我们需要对制冷行业的发展方向和冷冻机油的需求情况及国内外产品情况进行调研，以明确今后冷冻机油的发展方向。

1 制冷行业发展方向

目前，我国制冷行业使用最多的制冷剂就是HCFCs制冷剂，主要包括R22、R123、R141b和R142b等，其中R22又占了绝大部分。据中国制冷空调工业协会统计[1]：在HCFCs制冷剂行业消耗总额中R22占到99%，2008年我国家用空调使用的R22约为5.71万t，商用空调使用的R22约为4.13万t，HCFCs制冷剂使用总量达10.46万t，并且每年以超过20%的速度增长，2013年冻结用量为13.81万t。

在相关法律法规的约束下，HCFCs制冷剂的替代将是大势所趋。我国作为世界上最大的R22生产国和使用国，制冷剂更新工作中最突出和重要的问题就是R22制冷剂的替代工作。

1.1 制冷剂的替代原则

世界各国都在积极开发新型环保型制冷剂，用来替代CFCs和HCFCs制冷剂。制冷剂的选择不仅要遵守《蒙特利尔议定书》和《京都议定书》，而且还要从环保、安全、热力学性能以及经济方面综合考虑。选择替代制冷剂应考虑以下要求：①良好的环境保护性能，即不能破坏臭氧层，不能加剧温室效应；②优良的热力学性能；③较好的安全性能，如无毒、不可燃；④系统的耐久性，包括热力学、化学稳定性以及材料与润滑油的相容性等；⑤制造成本低，生产工艺简单，便于管理等[2]。

目前，使用的替代制冷剂主要有3大类：第一类是氢氟烃(HFCs)制冷剂，如R134a；第二类是HCFCs、HFCs混合制冷剂，如R22/R152a；第三类是天然工质制冷剂，如氨(R717)、异丁烷(R600a)、CO2(R744)等。在制冷剂的更新替代方面，要遵循逐渐替代的原则：用环境参数好的制冷剂替代环境参数差的制冷剂，即用HCFCs替代CFCs制冷剂，用HFCs替代CFCs、HCFCs制冷剂，用自然工质替代人工合成工质制冷剂。全球市场空调制冷剂份额变化情况预测如表1所示。

表1 全球市场空调冷媒份额变化情况预测* %

注：*数据来源于国内某知名制冷压缩机厂家的统计和预测。

从表1可以看出，在全球空调冷媒领域：R22的市场份额逐年递减；2012-2015年R410a市场份额有少量波动，但变化不大，2016-2017年将有小幅上升；从2013年开始，R32/R290市场份额逐年升高。

1.2 国外制冷剂的使用及替代情况

在过去的十几年时间内，发达国家已经基本完成了HCFCs制冷剂的淘汰转换。在这一转换过程中，R410a、R134a、R404a等HFCs制冷剂作为HCFCs制冷剂的主要替代品，在许多发达国家获得了广泛的使用。

随着全球范围内削减高全球变暖潜能值(GWP)的HFCs制冷剂的呼声日益高涨，发达国家在高GWP的HFCs制冷剂的削减与替换方面比其他国家和区域实施得要早，因此取得了一些重要的进展。

R410a、R134a制冷剂在欧美及日本已规模化应用了多年，采用R32作为制冷剂的家用空调在日本已经销售了数百万台，采用R744作为制冷剂的热泵热水器也已销售了数百万台；大中型冷冻冷藏领域，NH3/CO2复叠系统在美国和欧洲已经取得了较好的推广应用；在轻商制冷领域，冰激凌机、饮料柜、自动贩卖机部分采用了碳氢化合物制冷剂(HCs)或R744作为制冷剂；在大型离心式冷水机组产品领域，有企业推出了采用R1233zd(一氯三氟丙烯)作为制冷剂的产品。另外，杜邦、霍尼韦尔、阿科玛等制冷剂生产厂家针对低GWP的替代品开发出了R1234yf、R1234ze等氢氟烯烃制冷剂(HFOs)和其混合制冷剂系列，多个空调厂家也已做了大量的产品研发和测试，R1234yf也在汽车空调中获得了应用[3]。

1.3 国内HCFCs制冷剂的淘汰进程

根据中国环保部对外经济合作办公室消息，为了完成2013年冻结、2015年淘汰10%的目标，中国工商制冷空调行业在第一阶段需要淘汰HCFCs制冷剂8450 t，房间空调器行业在第一阶段需要淘汰HCFCs制冷剂10670 t。

中国环境保护部对外合作中心、联合国开发计划署(UNDP)、联合国环境规划署(UNEP)和行业协会携手合作，组织开展了制冷空调行业HCFCs制冷剂淘汰管理计划的落实实施与监督管理工作。截止到2014年8月，工商制冷空调行业内先后有11家企业完成了HCFCs制冷剂淘汰改造项目合同签署的工作，见表2所示，项目完成后可淘汰约7000 t的R22；房间空调器行业有15家企业签署了24条生产线的改造合同，见表3所示，项目完成后淘汰约8100 t R22[3]。

表2 中国工商制冷空调行业HCFCs制冷剂淘汰改造 项目汇总

表3 中国房间空调行业HCFCs制冷剂淘汰改造项目汇总

表3(续)

2 冷冻机油需求情况

2.1 空调用冷冻机油的需求情况

R22制冷剂配套用冷冻机油尽管在当前制冷空调行业还有着不菲的表现，但它终将会随着R22制冷剂的禁用而退役。由于制冷剂的变化，对冷冻机油的需求也在发生变化，从而敦促了企业必须根据国家政策，先一步完成R22制冷剂的替代。

从当前情况看，空调制冷剂的变化趋势为R22-R410a-R32-R290，其中R410a和R32均为过渡制冷剂，发达经济体，如北美、欧洲、日本等地区已经完成新冷媒(R410a)的切换，但R32全球变暖系数只有R410a的三分之一，而且其破坏臭氧层潜能值ODP为0，因此R32将比R410a更受欢迎。

上海海立(集团)股份有限公司主要从事家用和商用空调压缩机的研发、生产和销售业务，是规格、品种最为齐全的制冷压缩机供应商。2004年，海立已开始加大节能变频产品(制冷剂R410a)的研发生产，截至目前，海立的节能变频产品已占年产量的55%以上。因此，与R410a制冷剂配套用合成型冷冻机油的需求量也快速上升，从海立2015年5个月的变频产品的销量情况看，合成油的用量上升了近15%。

据了解，目前日本市场已完成以R32制冷剂为主导的空调压缩机的转型，其中以大金为代表，在2014年已经形成批量生产。趋于市场导向，海立也加快了以R32制冷剂为主导的空调压缩机的研发、生产。

目前国内合成型冷冻机油主要来自日本的JX和新日石的酯类合成油。由于合成油主要为国外进口产品，价格高，同时供货量和供货及时性都存在问题，因此对国内开发合成冷冻机油的期望与要求非常迫切。

关于R290制冷剂，虽然目前国家激励政策已经出台，但在压缩机国家标准方面未有突破，所以目前大多压缩机厂在以R290为制冷剂的压缩机研究方面仍处于探索阶段。上海日立在以R290为制冷剂的空调压缩机的研发已经完成，与其匹配使用的冷冻机油为国外某产品，目前作为技术储备，可以根据国家政策和市场需求进行量化生产，国内相关研究机构也应积极开发与R290配套的冷冻机油。

2.2 冰箱用冷冻机油的需求情况

在中国和欧洲的大部分国家采用以R600a为代表的HCs制冷剂的电冰箱已被大量使用。由于矿物油与HCs制冷剂的溶解性非常好，故矿物油类的冷冻机油仍被广泛地使用。用HCs系制冷剂的电冰箱为往复式压缩机，以节能为目的，作为其配套冷冻机油目前是以40 ℃下约10 mm2/s的矿物油为主流。从节能的观点出发，需要通过降低黏性阻力来降低摩擦损失，今后冰箱冷冻机油的发展趋势是低黏度化，为避免低黏度带来的磨损需要开发可抑制磨损并具有低摩擦特性的冷冻机油配方。

3 国内冷冻机油使用现状和专利研究情况

3.1 R22制冷剂用矿物油型冷冻机油(空调用)

R22制冷剂虽然处于被淘汰边缘，但与其配套使用的冷冻机油仍有一定市场，主要产品有日本太阳5GS和4GS，黏度等级分别为100和56，国内56号冷冻机油也占有一定市场。

与上海海立压缩机生产技术人员进行技术交流过程中了解到，作为技术储备，上海海立以R290为制冷剂的空调压缩机的研制工作已经完成，现阶段正处在与其匹配使用的冷冻机油的实验研究阶段。

3.2 R600a制冷剂用矿物油型冷冻机油(冰箱用)

当前，国内知名冰箱压缩机制造商使用的低黏度冷冻机油均为国外进口品牌。英国的Castrol Aircol HC系列、德国的Fuchs Reniso WF系列、日本的JOMO Freol S系列和Sunison GS-AJ系列等产品占据国内冰箱用冷冻机油市场80%以上的份额。它们以其优良的品质和产品稳定性而备受用户青睐，即使价格昂贵，仍然能够垄断中国的冷冻机油市场。

3.3 合成油型冷冻机油

近几年来，合成油型冷冻机油备受关注，应用范围很广，需求量也很大。

汽车空调用制冷剂是R134a，使用的冷冻机油主要有酯类合成油(POE)和聚醚类合成油(PAG)。聚醚类合成油的优点是黏温性能好、黏度范围宽，但吸水性强、绝缘性差，酯类跟醚类相比，具有热-化学稳定性优良、材料适应性好、绝缘性高等优点，因此在汽车空调中有取代醚型油的趋势。

变频空调器用R410a与矿物油不互溶，需要使用POE、聚乙烯醚(PVE)、PAG作为冷冻机油，也可用硬烷基苯油(HAB)作为冷冻机油，优先选择电绝缘性、润滑性较好的PVE油，此外，PVE油还用于R404A等低温制冷剂。

氨系制冷剂一直以来被用于工业冷冻机组和空调设备等大型装置，它对冷冻机油的低温流动性要求较高，所以一直使用低温流动性较好的烷基苯和聚-α-烯烃(PAO)和相溶性、低温性好的PAG。

CO2制冷剂与矿物油、烷基苯相溶性极差，一般选用PAG油。

当前，美孚、福斯、嘉实多、出光等国外各大润滑油公司均能生产合成型冷冻机油。我国市场所需合成油主要为国外进口产品，国内一些科研院所，如中国石化石油化工科学研究院、中科院广州化学研究所、北京燕山石化研究院等自20世纪90年代开始研发与氢氟烃制冷剂相匹配的合成冷冻机油，并开发出一些性能较优良的新型冷冻机油，但是，目前的研究工作主要停留在实验室阶段，很少推出获得市场应用的产品。

3.4 近两年冷冻机油相关专利研究情况

对冷冻机油相关的中文专利进行调研，2014年和2015年公布的专利有36篇，授权的专利有5篇，对这些专利按内容和申请机构分类，结果如表4所示。

表4 近两年冷冻机油相关专利统计

从表4可以看出：近两年与冷冻机油相关专利大部分跟合成油相关，可见合成油受到越来越大的关注；从申请机构可以看出，日本对冷冻机油的研究较多，而且大多为合成油，国内的申请机构中，民企占大多数；跟生产工艺相关的专利仅有2篇。

可以看出，国内研发合成冷冻机油的重点为酯、醚、烷基苯等，配套使用的制冷剂为HFC、HC和CO2等替代制冷剂。

4 结论

在环保法律法规的约束下，HCFCs制冷剂的替代将是大势所趋，目前所使用的替代制冷剂主要有HFCs制冷剂和天然制冷剂氨(R717)、R600a、CO2(R744)等。

当前空调制冷剂的变化趋势为R22-R410a-R32-R290，R410a和R32配套用冷冻机油均为合成油。近两年合成油是国内冷冻机油研究的重点，但研究工作主要停留在实验室阶段，国内市场使用的合成油主要来自国外，国内应加大合成油的开发力度。大多压缩机厂在以R290为制冷剂的压缩机研究方面处于探索阶段，国内相关研究机构应积极开发与R290匹配的冷冻机油。

在中国和欧洲大部分国家的电冰箱使用以R600a为代表的HCs制冷剂，配套的冷冻机油是以40 ℃黏度约10 mm2/s的矿物油为主流，目前国内知名冰箱压缩机制造商使用的低黏度冷冻机油均为国外进口产品，国内应加快低黏度冷冻机油产品的开发。

[1] 张朝晖.中国工商制冷空调领域HCFC淘汰计划制定工作进展计划[C].第四届中国制冷空调行业信息大会,2009.

[2] 王利,何小渝.中国制冷空调行业制冷剂替代策略的思考[J].制冷与空调,2011,11(1):95-100.

[3] 张朝晖,陈敬良,高钰,等.制冷空调行业制冷剂替代进程解析[J].制冷与空调,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。

张霞玲，高级工程师，1990年毕业于西安石油学院化学工程与工艺专业，现在中石油克拉玛依石化有限责任公司炼油化工研究院从事炼油工艺研究及油品开发工作。E-mail：zmqksh@petrochina.com.cn