1. Wstęp

Celem  projektu o nazwie „Rektyfikacja czynników chłodniczych” jest zaprojektowanie i zbudowanie instalacji do rozdziału mieszanin czynników chłodniczych. Efektem końcowym rozdziału ma być uzyskanie pojedynczych składników mieszaniny o czystości na poziomie 99,5%.

Firma Chemat Sp. z o.o. posiadająca status centrum badawczo rozwojowego opracowuje kompletny projekt wykonawczy innowacyjnej instalacji do rozdziału mieszanin odpadów czynników chłodniczych, który będzie zapewniał stopień gotowości opracowanego rozwiązania prowadzący do jego wdrożenia.

Założona wydajność innowacyjnej instalacji to 200 ton/rok. Projekt zakłada regulację automatyczną parametrów pracy instalacji w zależności od udziałów poszczególnych składników w mieszaninie podawanej do kolumny rektyfikacyjnej. W projekcie będą analizowane dwa warianty odpadów czynników chłodniczych, które tworzą mieszaniny takie jak 410A, 404A, 407C i 507A. Są to najpopularniejsze czynnik aktualnie używane w branży chłodniczej. Ich cena stale rośnie, ze względu na spadek podaży spowodowany unijnymi limitami importu czynników chłodniczych.

Największy problem sprawia tutaj czynnik R22, którego sprzedaż jest całkowicie zakazana od 2015 roku. Oddzielenie go od pozostałych substancji sprawi, że będzie można je ponownie wykorzystać.

Analizowane mieszaniny czynników chłodniczych zawierają popularne składniki powszechnie stosowanych mieszanin (R32, R125, R134a, R143a), które zgodnie z regulacjami prawnymi zostaną w najbliższych latach wycofane (z wyjątkiem R32). Dwa czynniki (R1234yf, R1234ze) są czynnikami, które aktualnie powoli pojawiają się na rynku i powoli zyskują na znaczeniu, ze względu na nakładane przez Unie Europejską limity. Ich rozdział będzie niezbędny w przeciągu najbliższych lat, gdy ich ilość na rynku chłodniczym najprawdopodobniej wzrośnie.

 

 

2. Odzysk i regeneracja czynników chłodniczych

Urządzenia chłodnicze zwykle pracują nieprzerwanie dostarczając chłód do pomieszczeń, jednak pojawiające się awarie wymagają szybkiej naprawy i wymiany uszkodzonych komponentów. Wymaga to odprowadzenia czynnika z instalacji do naczynia zbiorczego (butli dwuzaworowej), ta procedura nazywana jest odzyskiem. Taką samą procedurę należy także przeprowadzić przy modernizacji instalacji lub jej rozbudowie.

Następnie dobra praktyka wymaga, aby zbadać odzyskany czynnik, sprawdzając zawartość oleju, wilgoci i innych zanieczyszczeń oraz określić proporcje składników w przypadku mieszanin czynników. Jeżeli wyniki badań mieszczą się w normach czynnik można ponownie wtłoczyć do instalacji chłodniczej, co jest nazywane recyklingiem. Gdy parametry czynnika odbiegają od dopuszczalnych limitów, należy go zdać do instytucji zajmującej się zagospodarowaniem i regeneracją tych czynników.

Czynnik trafiający do takiej instytucji jest poddawany wstępnemu badaniu, gdzie określany jest jego skład. Po określeniu składu można go wpompować do zbiornika z tym samym czynnikiem. Kiedy ten zbiornik jest zapełniony przepompowuje się go do zbiornika podawczego przy użyciu stacji do odzysku, pobierając frakcje gazową czynnika. Dzięki temu pozostałości oleju i inne zanieczyszczenia pozostają w pierwszym zbiorniku.

Kolejnym etapem jest przepuszczenie czynnika ze zbiornika podawczego do zbiornika odbiorczego przez maszynę do regeneracji. W tej maszynie czynnik jest przetłaczany przez filtry w fazie ciekłej i gazowej, co zapewnia odprowadzenie resztek oleju i osuszenie czynnika.

Ostatnim etapem podczas regeneracji jest dopełnienie składu mieszanin czystymi czynnikami, aby proporcje składników były zgodne z normami. Taki czynnik jest gotowy do ponownego wprowadzenia na rynek.

Regeneracja jest procesem unikatowym i innowacyjnym. Kilka instytucji w Europie potrafi prowadzić ten proces. Dzięki temu ogranicza się ilość czynnika emitowanego do atmosfery oraz zmniejsza jego utylizacje. Zostaje on ponownie wprowadzony na rynek, co sprawia, że import nowo wyprodukowanego czynnika może zostać zmniejszony.

 

 

3. Znaczenie rektyfikacji w procesie regeneracji

Często do instytucji zajmujących się zagospodarowaniem odpadów trafiają butle z mieszaniną czynników, także takich, których użytkowanie jest zakazane na terenie Unii Europejskiej. Poddanie ich regeneracji nie przysparza większych kłopotów, jednak nawet oczyszczona mieszanina nie nadaje się do ponownego wprowadzenia na rynek. Nie posiada ona wymaganych właściwości termodynamicznych, a jedyną możliwością utylizacji jest ich spalenie.

Alternatywą dla spalania jest rozdzielenie mieszaniny w procesie rektyfikacji. Rektyfikacja pozwala na ponowne uzyskanie czystych składników z mieszanin oraz oddzielenie ich od czynników wycofanych z użytku. Aktualnie takie mieszaniny musiałyby być zutylizowane w całości, jednak rektyfikacja daje możliwość ponownego wprowadzenia ich do sprzedaży, a zniszczeniu poddaje się tylko znikomą część tej mieszaniny.

Warto też zaznaczyć, że podczas dopełniania składników zregenerowanych mieszanin, niezbędne są jej jednorodne składniki, których często brakuje na rynku, a ich ceny są relatywnie wysokie. Rektyfikacja jest alternatywą dla ich zakupu.

 

 

4. Adsorpcja czynników chłodniczych

Adsorpcja to proces polegający na gromadzeniu się substancji (gazu, pary, składnika roztworu) na powierzchni ciała stałego (adsorbentu). W rezultacie ciało stałe może gromadzić na swojej powierzchni cząsteczki adsorbatu. Wielkość adsorpcji w dużym stopniu zależy od temperatury, ciśnienia oraz stężenia składników adsorbowanych.

Adsorpcja może być wykorzystana do rozdziału czynników chłodniczych, które zmieszane ze sobą tworzą mieszaninę azeotropową. Ich temperatury wrzenia są do siebie bardzo zbliżone, co sprawia, że w procesie rektyfikacji odparowują w tej samej temperaturze i są odprowadzane z kolumny jako mieszanina gazów. Do adsorpcji cząsteczek wykorzystywane są m.in. sita molekularne. Sita molekularne to materiały porowate, o ściśle określonym, wąskim zakresie rozmiarów porów, posiadających zdolność selektywnego adsorbowania cząsteczek. Ważna jest tutaj różnica w wielkości cząsteczek poszczególnych składników. Cząsteczki o rozmiarach mniejszych niż rozmiary porów sita zostaną zaadsorbowane, natomiast cząsteczki większe przejdą do następnego etapu procesu. Adsorpcja przebiega stosunkowo szybko nawet w niskich temperaturach. W przypadku adsorpcji fizycznej, proces jest całkowicie odwracalny i w procesie regeneracji złoża można odzyskać zaadsorbowane cząsteczki. Proces adsorpcji nie był jeszcze stosowany do rozdziału czynników chłodniczych. Brakuje wielu danych o budowie cząsteczek, które są niezbędne do określenia budowy adsorbentu. Dobór odpowiedniego wypełnienia adsorpcyjnego dedykowanego dla rozdziału czynników chłodniczych ma charakter innowacyjny.

Opracowywana przez firmę Chemat Sp. z o.o. technologia destylacyjnego rozdziału mieszanin czynników chłodniczych na kolumnie rektyfikacyjnej o działaniu periodycznym, skojarzona z adsorpcyjnym rozdziałem czynników (PSA) ma charakter innowacyjny i znacząco poprawi skuteczność rozdziału mieszanin czynników chłodniczych.