【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传热传质系统及做功系统，特别涉及一种替代原用于传热传质系统或做功系统的r123的传热组合物及其应用。
技术介绍
1、近年来，全球变暖日益加剧，政府正在推行各项有利于节能减排的政策。
2、在工业领域，尤其是石化、污水处理、印染等行业，常产生大量的工业余热，需要通过热泵系统或有机朗肯循环系统等方式进行余热回收，以提高工业能源综合利用率，促进节能减排。
3、r123(三氟二氯乙烷)临界温度183.68℃，临界压力3.6618mpa，沸点27.823℃，是热泵、有机朗肯循环等系统中最常用的工质。但r123中含有cl元素，属于hcfc类，具有臭氧破坏能力，同时在ashrae分类中属于b1类，为有毒制冷剂，因而面临被逐步淘汰的风险。因此，寻找替代r123的传热介质，并实现原系统的原位替代显得尤为重要。
4、杜邦专利cn104662121a公开了包含1～42wt％的z-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(z-hfo-1336mzz)和99～58wt％的r123的组合物，该组合物可替代r123用于制冷、空调、热泵或动力循环系统，但该组合物中仍然包含较大质量占比的r123，长期看仍面临淘汰风险。
5、北京工业大学专利cn104946206a公开了包含89～97wt％的二氟甲烷(r32)和3～11wt％的r123的非共沸组合物，具有良好的热工性能、环保性能、安全性能和市场可获得性，且该非共沸组合物与原系统具有较好的兼容性，能有效提高系统的循环性能，能替代r123使用。但r32的沸点为
6、特灵国际专利cn107810247a公开了61.5～67.5wt％的r1336mzz(z)、20.5～22.5wt％的r1130(e)和10～18wt％的r1233zd(e)的制冷剂组合物，具有较小的温度滑移，是r123的合适替代物。但其中组分r1130(e)为高度可燃物质，其蒸气与空气易形成爆炸混合物，同时具有一定的毒性，在使用过程中存在安全隐患。
7、大金专利cn110945100a公开了包含fo-1216和氢氟烯烃(如hfo-1234ze、hfo-1243zf)的制冷剂组合物，包含fo-1216和卤代乙烯(如hcfo-1122a、fo-1114、hfo-1123、hfo-1132(e)、hfo-1132(z)、hfo-1132a、hfo-1141)的制冷剂组合物，包含fo-1216和氢氟烃(hfc-125、hfc-143a、hfc-32、hfc-134、hfc-134a、hfc-152a、hfc-227ea)的制冷剂组合物，其gwp值小，不燃或微燃，可作为如r134a、r410a、r123或r404a的替代制冷剂。但该组合物同样存在沸点与r123相差较大的问题。其中，作为关键组分fo-1216的沸点为-30.34℃，临界温度为87.75℃。因此该类替代物并不适用于高温热泵系统和有机orc系统。
8、综上，现有技术中用于可替代r123的传热流体或性能差别较大，或存在安全方面问题，或部分系统无法替代，需要开发新的替代r123的传热流体。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种环境性能优异、安全性能好、单位容积制热/制冷量高、膨胀功大的替代r123的传热组合物，该传热组合物在替代r123时，沸点与r123接近，温度滑移适中，系统普适性好，可用于制冷系统(如冷水机组)、制热系统(如热泵系统)和做功系统(如有机朗肯循环系统)。
2、本专利技术传热组合物包含组分的物理性能如下：
3、z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯(r1233zd(z))，其分子式为c3h2f3cl，分子量为130.5，标准沸点经静态法实验测得为36.44℃，临界温度为200.52℃，临界压力为3.647mpa，gwp<1。
4、z-1-氯-2,3,3-三氟丙烯(r1233yd(z))，其分子式为c3h2f3cl，分子量为130.5，标准沸点为54℃，临界温度为224.43℃，临界压力为3.916mpa，gwp<1。
5、z-1-氯-2,3,3,3-四氟丙烯(r1224yd(z))，其分子式为c3hf4cl，分子量为148.49，标准沸点为14.62℃，临界温度为155.54℃，临界压力为3.337mpa，gwp<1。
6、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
7、一种替代r123用于制热/制冷系统的传热组合物，所述制冷/制热系统包括冷凝器、过冷器、蒸发器和过热器，且制热系统的蒸发温度范围为40～120℃，冷凝温度范围为70～150℃，制冷系统的蒸发温度范围为1～10℃，冷凝温度范围为30～50℃，特别地，所述传热组合物包括z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、z-1-氯-2,3,3-三氟丙烯和z-1-氯-2,3,3,3-四氟丙烯，将所述传热组合物应用于制热/制冷系统时，与r123相比，在30～150℃内任一温度点的饱和蒸气压的平均相对偏差aad＜20％。
8、所述平均相对偏差的计算式如下：
9、
10、式中，aad表示平均相对偏差，n表示温度点个数，pr123表示r123在不同温度下的饱和蒸气压，p表示相同温度状态下替代传热工质的饱和蒸气压。
11、所述平均相对偏差代表替代传热工质与r123之间饱和蒸气压的偏差大小。平均相对偏差越小，说明替代传热工质的饱和蒸气压与r123越接近，在进行传热工质替代时，对系统设备的改动也就越小。
12、进一步地，所述传热组合物中，z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯的质量含量为15～30％，z-1-氯-2,3,3-三氟丙烯的质量含量为10～25％，z-1-氯-2,3,3,3-四氟丙烯的质量含量为45～75％；所述传热组合物与r123相比，在30～150℃内任一温度点的饱和蒸气压的平均相对偏差aad＜15％。
13、更进一步地，所述传热组合物中，z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯的质量含量为15～26％，z-1-氯-2,3,3-三氟丙烯的质量含量为10～20％，z-1-氯-2,3,3,3-四氟丙烯的质量含量为54～75％；与r123相比，在30～150℃内任一温度点的饱和蒸气压的平均相对偏差aad＜10％。
14、将上述特定含量范围内的传热组合物应用于制热系统时，其单位容积制热量相较于r123，提升15～31％；应用于制冷系统时，其单位容积制冷量相较于r123，提升18～37％。也即，本专利技术的传热组合物，应用于制热/制冷系统时，不仅在运行温度范围内，任一温度点的饱和蒸气压与r123的饱和蒸气压接近，同时在整个系统的运行过程中，还具有比r123更优异的换热能力。
【技术保护点】
1.一种替代R123用于制热/制冷系统的传热组合物，所述制冷/制热系统包括冷凝器、过冷器、蒸发器和过热器，且制热系统的蒸发温度范围为40～120℃，冷凝温度范围为70～150℃，制冷系统的蒸发温度范围为1～10℃，冷凝温度范围为30～50℃，其特征在于：所述传热组合物包括Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、Z-1-氯-2,3,3-三氟丙烯和Z-1-氯-2,3,3,3-四氟丙烯，将所述传热组合物应用于制热/制冷系统时，与R123相比，在30～150℃内任一温度点的饱和蒸气压的平均相对偏差AAD＜20％。
2.根据权利要求1所述的替代R123用于制热/制冷系统的传热组合物，其特征在于：所述传热组合物中，Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯的质量含量为15～30％，Z-1-氯-2,3,3-三氟丙烯的质量含量为10～25％，Z-1-氯-2,3,3,3-四氟丙烯的质量含量为45～75％；所述传热组合物与R123相比，在30～150℃内任一温度点的饱和蒸气压的平均相对偏差AAD＜15％。
3.根据权利要求2所述的替代R123用于制热/制冷系统的传热组合物，其特征在于：所述传
4.根据权利要求2或3所述的替代R123用于制热/制冷系统的传热组合物，其特征在于：所述传热组合物应用于制热系统时的单位容积制热量相较于R123，提升15～31％；所述传热组合物应用于制冷系统时的单位容积制冷量相较于R123，提升18～37％。
5.根据权利要求4所述的替代R123用于制热/制冷系统的传热组合物，其特征在于：所述传热组合物应用于制热/制冷系统时，所述过冷器和过热器的换热量相较于R123提升5％以上。
6.根据权利要求1-5任一所述的替代R123用于制热/制冷系统的传热组合物，其特征在于：所述制热系统为热泵，所述制冷系统为冷水机组。
7.一种替代R123用于做功系统的传热组合物，所述做功系统包括蒸发器、膨胀机、冷凝器和过热器，蒸发温度范围为100～150℃，冷凝温度范围为30～60℃，其特征在于：所述传热组合物包括Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、Z-1-氯-2,3,3-三氟丙烯和Z-1-氯-2,3,3,3-四氟丙烯，将所述传热组合物应用于做功系统时，与R123相比，系统膨胀功提升10％以上。
8.根据权利要求7所述的替代R123用于做功系统的传热组合物，其特征在于：所述传热组合物中，Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯的质量含量为10～35％，Z-1-氯-2,3,3-三氟丙烯的质量含量为20～50％，Z-1-氯-2,3,3,3-四氟丙烯的质量含量为15～70％；与R123相比，系统膨胀功提升15％以上。
9.根据权利要求8所述的替代R123用于做功系统的传热组合物，其特征在于：所述传热组合物中，Z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯的质量含量为15～30％，Z-1-氯-2,3,3-三氟丙烯的质量含量为25～45％，Z-1-氯-2,3,3,3-四氟丙烯的质量含量为35～50％；与R123相比，系统膨胀功提升15～25％。
10.根据权利要求8或9所述的替代R123用于做功系统的传热组合物，其特征在于：所述做功系统为有机朗肯循环系统，系统循环效率相较于R123提升0.2～1.8％。
11.根据权利要求1-10任一所述的传热组合物，其特征在于：所述传热组合物中还加入有助剂，所述助剂选自1-丁炔、1-戊烯、2,2-二甲基丁烷、顺丁烯、反丁烯、戊烷、环戊烷、异戊烷、新戊烷中的至少一种，占传热组合物总质量的1～3％，用于改善传热组合物与润滑油的相容性。
12.根据权利要求11所述的传热组合物，其特征在于：所述润滑油选自二元酸酯油、多元醇碳酸酯油、全氟聚醚油、氟化硅油、环烷类矿物油、聚α-烯烃、烷基苯或烷基萘中的至少一种。
13.根据权利要求12所述的传热组合物，其特征在于：所述润滑油为与R123互溶的环烷类矿物油。
...【技术特征摘要】
1.一种替代r123用于制热/制冷系统的传热组合物，所述制冷/制热系统包括冷凝器、过冷器、蒸发器和过热器，且制热系统的蒸发温度范围为40～120℃，冷凝温度范围为70～150℃，制冷系统的蒸发温度范围为1～10℃，冷凝温度范围为30～50℃，其特征在于：所述传热组合物包括z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯、z-1-氯-2,3,3-三氟丙烯和z-1-氯-2,3,3,3-四氟丙烯，将所述传热组合物应用于制热/制冷系统时，与r123相比，在30～150℃内任一温度点的饱和蒸气压的平均相对偏差aad＜20％。
2.根据权利要求1所述的替代r123用于制热/制冷系统的传热组合物，其特征在于：所述传热组合物中，z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯的质量含量为15～30％，z-1-氯-2,3,3-三氟丙烯的质量含量为10～25％，z-1-氯-2,3,3,3-四氟丙烯的质量含量为45～75％；所述传热组合物与r123相比，在30～150℃内任一温度点的饱和蒸气压的平均相对偏差aad＜15％。
3.根据权利要求2所述的替代r123用于制热/制冷系统的传热组合物，其特征在于：所述传热组合物中，z-1-氯-3,3,3-三氟丙烯的质量含量为15～26％，z-1-氯-2,3,3-三氟丙烯的质量含量为10～20％，z-1-氯-2,3,3,3-四氟丙烯的质量含量为54～75％；与r123相比，在30～150℃内任一温度点的饱和蒸气压的平均相对偏差aad＜10％。
4.根据权利要求2或3所述的替代r123用于制热/制冷系统的传热组合物，其特征在于：所述传热组合物应用于制热系统时的单位容积制热量相较于r123，提升15～31％；所述传热组合物应用于制冷系统时的单位容积制冷量相较于r123，提升18～37％。
5.根据权利要求4所述的替代r123用于制热/制冷系统的传热组合物，其特征在于：所述传热组合物应用于制热/制冷系统时，所述过冷器和过热器的换热量相较于r123提升5％以上。
6.根据权利要求1-5任一所述的替代r123用于制热/制冷系统的传热组合物，其特征在于：所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：管祥添，郭智恺，欧阳洪生，张凯，付立宸，管仲达，
申请(专利权)人：浙江省化工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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