專利名稱：摻混制冷劑的改進(jìn)方法
摻混制冷劑的改進(jìn)方法 發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及生產(chǎn)包含至少兩種制冷劑化合物的組合物的方法，這樣 可以快速有效地生產(chǎn)基本均勻的制冷劑組合物。發(fā)明背景比如用于冰箱、空調(diào)氣候控制單元、工業(yè)冷卻單元、食品運(yùn)輸和存 儲(chǔ)單元的制冷劑組合物基本上主要由僅一種化合物或組分組成，這已經(jīng)是通常的慣例(common practice)。例如，甲烷系列CFC，如二氯 二氟曱烷(CFC-12)和甲烷系列HCFC比如氯二氟曱烷(HCFC-")通 常被用作單組分制冷劑。最近，存在涉及環(huán)境擔(dān)憂從而不再使用CFC的實(shí)體原因。例如，現(xiàn) 在已經(jīng)知道CFC趨向于與地球周圍的臭氧層反應(yīng)，由此導(dǎo)致臭氧一定 水平的損耗。為此，各種政府和國際組織從事于努力減少或消除使用 CFC的活動(dòng)。迫于這些壓力和可能因?yàn)槠渌颍评鋭┙M合物更經(jīng)常 由兩種或更多組分組成。通常，制冷劑組合物包含兩種或更多化合物 的摻混或混合物，優(yōu)選但不是必要地排除(CFC)或(HCFC),選擇這 些化合物是為了獲得被認(rèn)為是預(yù)期應(yīng)用所希望的理想氣體壓力、沸點(diǎn) 等。實(shí)際上，目前的發(fā)明者還沒有想到一種可選擇的化合物，其能夠 在使用HCFC-22作為單組分制冷劑的設(shè)備中直接替代，因此，當(dāng)前最 有前景的候選者為通過混合不同類型的化合物，包括HFC、氫氟醚 (hydrofluoroether )(在下文中引用為"HFE")、氟代醚(在下文 中引用為"FE，，)和氟碘碳(fluoroiodocarbon )(下文中引用為"FIC，，)， 而得到的混合制冷劑。通常，對于所有制冷劑用途，不可能和/或不希望企圖使用任何一 種單獨(dú)的混合制冷劑組合物，因此，多種類型混合制冷劑被使用，其 包含2或3種組分以不同比例混合，用于調(diào)節(jié)其性能和特性以允許他 們應(yīng)用于不同的用途和設(shè)備。用于生產(chǎn)多組分制冷劑組合物的方法和系統(tǒng)是已知的。例如，澳大 利亞專利申"i青AU199852033 B2描述了 一種生產(chǎn)混合制冷劑的方法。但—
是，該專利申請中描述的方法執(zhí)行起來相對復(fù)雜，此外實(shí)現(xiàn)起來相對 耗時(shí)。更特別的是，該專利公開的生產(chǎn)多組分制冷劑組合物方法要求 小心選擇將要被混合到組合物中的單個(gè)組分的密度，以及特別的組分 加入順序。例如，對于三種組分制冷劑組合物，其因此要求首先將第 一組分引入一容器中，在其中進(jìn)行混合并保證該組分相對于其他組分 密度而言具有合適的密度。又在該組分在容器中后，該方法才允許向 容器中引入第二組分，但是，再次需確保具有恰當(dāng)液體密度的組分被 引入到該方法中。最后， 一旦第一和第二組分中的每一個(gè)完全加入到 容器中，第三組分然后可以被引入容器中。申請者由此意識(shí)到需要相對快速地、準(zhǔn)確地和成本有效地生產(chǎn)多組 分制冷劑組合物的方法。發(fā)明概述申請者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的方法、設(shè)備和系統(tǒng)可以克服當(dāng)前方法的^艮多缺點(diǎn)和/或滿足許多上述談到的需求。優(yōu)選方法，例如，包括提供 第 一制冷劑組分和至少一種第二制冷劑組分的供給；以第一流速將所 述的第 一制冷劑組分引入所述的容器；以第二流速將所述的至少 一種 第二種制冷劑組分引入所述的容器，其可以與第一流速相同或不同， 至少一部分(和優(yōu)選至少實(shí)質(zhì)部分)所述的第二引入步驟優(yōu)選在所述 第 一制冷劑引入步驟正在出現(xiàn)時(shí)出現(xiàn)；和控制所述第 一和第二流速中的至少 一種以在混合制冷劑組合物中獲得所述第 一和第二制冷劑之間 希望的相對比例。在某些非常優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一引入步驟和第 二引入步驟基本上同時(shí)出現(xiàn)。用在這里的關(guān)于制冷劑術(shù)語"組分，，沒有必要限制在僅由單個(gè)化合 物組成的制冷劑。相反，術(shù)語"組分"以其廣義用來指不僅由單個(gè)化 合物組成的制冷劑而且指由更多化合物組成的制冷劑，這些化合物之 前已被合并并且為了本發(fā)明的目的形成流體或流體物流。術(shù)語"容器"以其最寬的可能含義用在這里，包括任何設(shè)備、裝置 或構(gòu)造，其能促進(jìn)和允許兩種或更多流體，特別和優(yōu)選流體物流，混 合或加入以產(chǎn)生包含所述的第一和第二流體的均勻流體。這樣，術(shù)語 "容器，，用在這里不但意指比如罐這樣的容器，而且也指含有靜態(tài)混 合設(shè)備、噴射混合器、文氏混合器、管道、歧管等的容器。
在某些優(yōu)選方法、設(shè)備和系統(tǒng)中，制冷劑組合物對于大氣化學(xué)基本 沒有負(fù)面影響。更特別地，在優(yōu)選方法中，產(chǎn)生的混合制冷劑對臭氧 損耗貢獻(xiàn)很小或可以忽略。在某些實(shí)施方案中，優(yōu)選根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn) 的制冷劑具有相對低的使全球變暖的潛在可能性。附圖簡述現(xiàn)在根據(jù)附圖描述本發(fā)明，其中

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的示意流程圖。優(yōu)選實(shí)施方案詳述 圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明為提供一種多組分制冷劑混合系統(tǒng)的一個(gè)實(shí) 施方案的系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)圖。示例性的混合和控制系統(tǒng)100包含將第一制冷劑組分引入系統(tǒng)的裝置和將至少 一種第二制冷劑組分引入系統(tǒng) 的裝置。應(yīng)當(dāng)被本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的是，依賴于系統(tǒng)和調(diào)配的制 冷劑的特點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明許多變化的和恰當(dāng)?shù)姆椒梢赃m用。在圖1 所示的特殊實(shí)施方案中，該裝置包括多種原材料的進(jìn)料，比如進(jìn)料1和2，其在很多優(yōu)選實(shí)施方案中包含管道或?qū)Ч?，各自的制冷劑組分流 經(jīng)這些管道或?qū)Ч??？梢詮膬?chǔ)藏罐(未表示出)進(jìn)料或者從上游過程 或單元操作直接進(jìn)入到泵中，比如泵3和4。預(yù)期在很多實(shí)施方案中優(yōu) 選使用儲(chǔ)藏罐或其他儲(chǔ)藏系統(tǒng)。當(dāng)然，本發(fā)明適合連同第一和第二進(jìn) 料以外的額外進(jìn)料，包括使用至少三種和在一些實(shí)施方案中至少四種 進(jìn)料一起使用。每一進(jìn)料線1和2優(yōu)選包含流量測定裝置，優(yōu)選如51和52所示的 質(zhì)量流量測定裝置?？刂破鲀?yōu)選連接到每一個(gè)質(zhì)量流量儀器上并適合 于讀取、操作和/或存儲(chǔ)由此測量的質(zhì)量流量信息。每一進(jìn)料線優(yōu)選連 接到移動(dòng)進(jìn)料的工具，優(yōu)選通過管道或?qū)Ч?，比如?和4。所述泵可 以包括將進(jìn)料返回到泵進(jìn)口或進(jìn)料儲(chǔ)藏系統(tǒng)的裝置，以便減少泵的壓 力波動(dòng)和蒸氣堵塞，由此提高系統(tǒng)的精度。各自的控制閥優(yōu)選位于泵3和4的下游，優(yōu)選在控制器20的控制 下。盡管控制器20在圖1中表示為單個(gè)方框，但是那些本領(lǐng)域的技術(shù) 人員應(yīng)該意識(shí)到，控制器20可以包括兩個(gè)或更多離散的控制單元、微 處理器、計(jì)算機(jī)等，其適合執(zhí)行這里描述的監(jiān)控、控制和計(jì)算功能。 預(yù)期本發(fā)明的控制裝置可能包括任何一種或更多為本領(lǐng)域的技術(shù)人員
所知的用于根據(jù)本文包含的教導(dǎo)的組件，所有這樣的組件和組件聯(lián)合， 包括軟件、算法和硬件，都在本發(fā)明的范圍內(nèi)?？梢灶A(yù)期在某些實(shí)施 方案中，例如，本發(fā)明的控制裝置包括自動(dòng)控制方式，比如分配控制系統(tǒng)(DCS)、程序邏輯控制器(PLC)或類似物。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)指出的 是，監(jiān)控、控制和計(jì)算功能也可以由當(dāng)前系統(tǒng)的操作人員手動(dòng)進(jìn)行， 盡管通常不優(yōu)選這樣的實(shí)施方案?；旌涎b置優(yōu)選包括比如所示的噴射混合器8或一些其他形式的混合 器比如靜態(tài)混合器并優(yōu)選運(yùn)行以獲得第 一和第二進(jìn)料流的基本均勻的 混合。聯(lián)合進(jìn)料優(yōu)選作為單流9離開混合器8。本發(fā)明也優(yōu)選包括測量 根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的混合物流體的流速，優(yōu)選質(zhì)量流速的裝置。特別參 考圖1，例如，出口物流9優(yōu)選包含測定混合液體物流的流量，優(yōu)選質(zhì) 量流量的裝置或與之相連接，比如通過質(zhì)量流量儀器10,其也優(yōu)選連 接到控制器20。盡管流量4義作為泵上游和泵下游的控制閥加以說明，j旦是本領(lǐng)域的 技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到在某些案例中可能希望使用不同的構(gòu)型，所有這 樣的構(gòu)型都在本范圍內(nèi)。在某些實(shí)施方案中，特別是包含連續(xù)或半連續(xù)操作的實(shí)施方案中， 出口物流9可能^^皮引入一個(gè)或多個(gè)下游閥以進(jìn)一步處理或儲(chǔ)藏作為混 合制冷劑產(chǎn)品。例如，儲(chǔ)藏罐30可以提供混合制冷劑的預(yù)定保留期。 也應(yīng)該意識(shí)到在某些實(shí)施方案中，例如由于成本原因，可能有利的是 消除分離的混合工具8并使儲(chǔ)藏工具，比如30，具有雙重作用，在其 中混合和儲(chǔ)藏混合制冷劑。特別是這樣的實(shí)施方案，儲(chǔ)藏罐30優(yōu)選包 括和/或與重計(jì)算系統(tǒng)相連，其有助于獲得均勻混合。更特別地，儲(chǔ)藏 罐在這樣的實(shí)施方案中可能包括泵32，其從儲(chǔ)藏罐中抽出混合制冷劑 物流31并能抽吸最終的產(chǎn)品33到包裝、進(jìn)一步處理或使用等。備選 地，通過合適的歧管裝置，所述泵還可以用來或者備選地用來將物流 34引回儲(chǔ)藏罐30。質(zhì)量流量傳感器和合適的閥也可包含在管線31、 33 和34中以影響或改善控制處理，如在下文中更全面的描述。除質(zhì)量流量傳感器外，本系統(tǒng)可包括一種或多種傳感器，其可以是 當(dāng)?shù)氐幕蜻h(yuǎn)程的(未顯示出)，并優(yōu)選能連續(xù)或間歇地監(jiān)控一種或多 種進(jìn)料和/或混合制冷劑流的組成。優(yōu)選的在線分析器能監(jiān)控系統(tǒng)性 能，比如混合制冷劑組成。這一信息可用作來自在線流(onstream)分
析器的反饋，與計(jì)算的混合組合物相比較。基于這一比較，混合比例 可以傾斜以將最后組成引入到希望的范圍和/或特別的界限。在某些實(shí)施方案中，在批料結(jié)束時(shí)或者摻混順序被打斷時(shí)，系統(tǒng)包 含提供進(jìn)料流的積極中斷的裝置，最小化混合制冷劑的組成誤差。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，為一個(gè)或多個(gè)泵提供冷卻器，其冷卻物流 并幫助最小化由泵增加的熱量引起的組成偏移。在操作中，優(yōu)選的系統(tǒng)和方法，比如通過使用上面提及的質(zhì)量流量儀監(jiān)控(通常經(jīng)由控制器20和/或其他相關(guān)儀器和裝備)將要被混合 到希望的混合制冷劑產(chǎn)品中的所有組分的流量。也優(yōu)選監(jiān)控閥的狀況。 控制器或相關(guān)裝備優(yōu)選確定最小的流量能力，也就是說，最接近所使 用裝備的最大允許速率的進(jìn)料流量。然后，最小流量能力控制器輸出 優(yōu)選用作總流量控制器的輸入過程變量。然后，總流量控制器輸出優(yōu) 選乘以計(jì)算的混合比率并作為原材料流量控制器的設(shè)定點(diǎn)(例如作為 級聯(lián)設(shè)定點(diǎn))。該方法論在優(yōu)選的實(shí)施方案中最大化到混合罐的原材 料流量并維持目標(biāo)組成和最小化混合循環(huán)時(shí)間。對于間歇系統(tǒng)，循環(huán) 時(shí)間優(yōu)選與系統(tǒng)能力成反比。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，各種目標(biāo)混合制冷劑組成優(yōu)選存儲(chǔ)在控制 器或相關(guān)的計(jì)算機(jī)處理裝備中。在這樣的實(shí)施方案中，相對于手工計(jì) 算和控制器條目中的數(shù)據(jù)，混合制冷劑組成錯(cuò)誤可被最小化。這樣，本發(fā)明優(yōu)選的自動(dòng)系統(tǒng)提供多種優(yōu)勢。例如，如果發(fā)生用戶 投訴或方法改善活動(dòng)，可能根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)系統(tǒng)創(chuàng)建批次紀(jì)錄。此 外，這一特點(diǎn)允許使用自動(dòng)系統(tǒng)制造新的或慣用的摻混組合物，其不 用預(yù)先存儲(chǔ)在控制器中，其也提供允許操作者在整個(gè)生產(chǎn)批次了解組 合物和必要時(shí)進(jìn)行干預(yù)的裝置，最小化或消除超出規(guī)范的生產(chǎn)產(chǎn)品。于此一般性描述自動(dòng)控制的同時(shí)，優(yōu)選的實(shí)施方案包括將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換 到允許手動(dòng)超權(quán)(overr ide)控制的裝置，其加強(qiáng)了操作者的能力以進(jìn) 行手動(dòng)調(diào)解和如果在摻混順序中存在故障時(shí)進(jìn)行修理。本發(fā)明優(yōu)選方面提供這樣的方法和系統(tǒng)，其直接在產(chǎn)品儲(chǔ)藏罐中進(jìn) 行摻混或混合步驟，這在某些優(yōu)選操作中用于為包裝操作供給原料。 此外，該系統(tǒng)可直接摻混到運(yùn)輸容器(ISO、油槽拖車)中，最小化勞 動(dòng)力和在罐之間傳輸出現(xiàn)的摻混組合物的偏移。
實(shí)施例 實(shí)施例190000磅R-410A摻混物(其為50重量。/。HFC-32和50重量y。HFC125 ) 希望被制備到基于三種原材料的摻混儲(chǔ)藏罐中(1 )大約6500磅含有 53%重量R-125和47°/。重量R-32組成的包含于儲(chǔ)罐中的摻混物；R-125(可 獲得的量的變化不局限于該實(shí)施例的目的)和R-32 (可獲得的量的變化 不局限于該實(shí)施例的目的)；儲(chǔ)罐中混合組成的量和其中的組分百分比 以重量計(jì)，儲(chǔ)罐中希望的產(chǎn)品組成(即，R-410A)和最終儲(chǔ)藏的重量含 量(即，90000 )被輸入到控制系統(tǒng)中。R-125和R-32進(jìn)料泵啟動(dòng)。摻 混開始。分批控制器進(jìn)行合適的計(jì)算以確定組分?jǐn)?shù)量并利用上面描述的流 量限制控制方案。更特別地，選取閥到最大開啟程度并作為總流量控 制器的過程變量輸入使用。總流量控制器設(shè)定點(diǎn)為75%?？刂破鬏敵鰹?到摻混儲(chǔ)藏中原料的總流量。單個(gè)組分目標(biāo)組成乘以總流量產(chǎn)生每一 原料流量控制器的設(shè)定點(diǎn)。R-125和R-32以適當(dāng)?shù)谋嚷始纯袒旌喜⑦M(jìn)料到摻混儲(chǔ)藏中。當(dāng)目標(biāo) 重量到達(dá)時(shí)，R-125和R-32進(jìn)料停止。儲(chǔ)藏循環(huán)一'卜時(shí)，然后組合物 取樣。無需再調(diào)節(jié)在規(guī)格內(nèi)的摻混物。批次順序(batch sequence) 的總循環(huán)時(shí)間為3. 5小時(shí)。
權(quán)利要求
1、形成混合制冷劑組合物的方法，包括(a)提供第一制冷劑組分供給；(b)提供至少一種第二制冷劑組分供給；(c)以第一流速將所述的第一制冷劑組分引入到容器中；(d)以第二流速將所述的至少一種第二制冷劑組分引入到所述的容器中，其可以與在所述第一制冷劑引入步驟中的第一流速相同或不同；(e)從含有所述的第一制冷劑組分和所述的至少一種第二制冷劑組分的所述容器中移出混合物流；和(f)控制所述的第一和第二流速中的至少一種以使在所述的混合物流中獲得的所述第一和第二制冷劑的相對比例在希望的相對比例之內(nèi)。
2、 權(quán)利要求1的方法，其中所述的控制步驟包含監(jiān)控所述的第一 和第二流速。
3、 權(quán)利要求2的方法，其中所述的控制步驟進(jìn)一步包含控制所述 第一和第二組分中的至少一種被引入到所述容器中的速率。
4、 權(quán)利要求3的方法，其中所述控制所述組分被引入到所述容器 中的速率的步驟包含基于一種算法控制所述速率。
5、 權(quán)利要求4的方法，其中所述的算法存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。
6、 權(quán)利要求5的方法，其中所述算法的輸入為所述混合物流的流速。
7、 權(quán)利要求1的方法，其中所述控制步驟包含監(jiān)控所述第一或所 述第二組分中至少一種的組成。
8、 權(quán)利要求1的方法，其中所述控制步驟包含監(jiān)控所述的混合物 流的組成。
9、 形成混合制冷劑組合物的系統(tǒng)，包含(a )以第 一流速將第 一制冷劑組分連續(xù)引入到容器中的裝置； (b)以第二流速將至少 一種第二制冷劑組分連續(xù)引入到所述的容 器中的裝置，其可以與第一流速相同或不同；(e )從含有所述的第 一制冷劑組分和所述的至少一種第二制冷劑 組分的所述容器中移出混合物流的裝置；和(f )控制所述的第一和第二流速中的至少一種以使在所述的混合 物流中獲得的所述第一和第二制冷劑的相對比例在希望的相對比例之內(nèi)的裝置。
10、 權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中所述控制裝置包含監(jiān)控所述第一和第 二流速的裝置。
11、 權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中所述的控制裝置包含基于一種算法控 制所述速率的裝置。
12、 權(quán)利要求ll的系統(tǒng)，其中所述的控制裝置包含計(jì)算機(jī)。
13、 權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中所述的控制裝置包含監(jiān)控至少一種所 述的第一或第二組分組成的裝置。
14、 權(quán)利要求9的方法，其中所述的控制裝置包含監(jiān)控所述混合物 流組成的裝置。
15、 權(quán)利要求14的方法，其中所述的控制裝置包含基于所述監(jiān)控 步驟結(jié)果調(diào)節(jié)至少 一種所述第 一或第二組分流速的裝置。
16、 一種形成多組分制冷劑組合物的方法，包括(a)以第 一流速將第 一制冷劑組分引入到容器中；(b )以第二流速將至少 一種第二制冷劑組分引入到所述的容器中，其可以與在至少 一部分所述第 一制冷劑引入步驟中的第 一流速相同或不同；(c)控制第一和第二流速中的至少一種，以在制冷劑組合物中得 到希望的所述第 一和第二制冷劑相對比例。
全文摘要
公開的形成多組分制冷劑組合物的方法和系統(tǒng)包含(a)以第一流速將第一制冷組分引入到容器中；(b)以第二流速將至少一種第二制冷劑組分引入到所述的容器中，其可以與在至少一部分所述第一制冷劑引入步驟中的第一流速相同或不同；(c)控制所述第一和第二流速中的至少一種，以在制冷劑組合物中得到希望的所述第一和第二制冷劑的相對比例。
文檔編號(hào)C09K5/04GK101163772SQ200680013051
公開日2008年4月16日 申請日期2006年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月28日
發(fā)明者J·加里森, S·科特雷爾, S·迪諾, 克利福德·里格爾 申請人:霍尼韋爾國際公司