СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КИСЛОРОДОСОДЕРЖАЩЕЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ С ХРАНЯЩИМИСЯ В НЕЙ ХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
METHOD FOR FORMING OXYGEN-CONTAINING GAS MEDIUM WITH CHEMICALLY ACTIVE MATERIALS STORED IN IT

Предлагаемое изобретение относится к области методов безопасного хранения контейнеров с химически активными материалами и может быть использовано для хранения огнеопасных или взрывчатых материалов.
Актуальность решаемой проблемы основана на необходимости тщательного наблюдения за состоянием кислородсодержащей газовой среды герметичных контейнеров с хранящимися в них химически активными материалами, например, огне- и взрывоопасными, имеющими на своей поверхности защитное покрытие, поскольку в критических состояниях газовой среды такое покрытие может быть разрушено, что повлечет за собой потерю работоспособности химически активного материала.
Из предшествующего уровня техники известны система регулирования многокомпонентной кислородосодержащей среды в замкнутом объеме и способ использования системы для поддержания оптимального состава газовой среды (патент РФ №2722135, МПК BQ1D 53/02), согласно которому дополнительно размещен реактор закрытого типа для проведения каталитической реакции получения воды из кислорода и водорода, заполненный порошкообразным химическим источником кислорода в виде надпероксидов щелочных металлов, выполненный с двойными стенками, в межстеночном пространстве которого размещен гранулированный комплексный катализатор на основе оксида алюминия с нанесенным поверхностным слоем палладия, одна из емкостей с адсорбентом, контактирующая через перфорированную мембрану с реактором, содержит в качестве адсорбента цеолит для поглощения паров воды, а вторая из них содержит в качестве адсорбента смесь гранулированных силикагеля и активного угля для поглощения органических газообразных соединений и сообщается с емкостью с химически активным веществом через перфорированную мембрану, все емкости и реактор объединены в единую замкнутую систему, в герметичном объеме, в котором установлены измерительные приборы для мониторинга состояния газовой среды.
К недостаткам известного аналога относится отсутствие возможности сохранения целостности оксидной пленки на поверхности химически активных материалов за счет поддержания стабильности состава среды хранения.
Задачей авторов изобретения является разработка безопасного способа формирования кислородосодержащей газовой среды с хранящимися в ней химически активными материалами.
Техническим результатом изобретения является обеспечение постоянства заданного состава формируемой газовой среды, сохранение целостности оксидной пленки на поверхности химически активных материалов.
Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в отличие от известного способа формирования кислородосодержащей газовой среды с хранящимися в ней химически активными материалами, включающего помещение в герметичный контейнер химически активного материала со сформированной на его поверхности защитной оксидной пленкой и функциональных материалов в виде многокомпонентного селективного адсорбента, содержащего палладированный катализатор, инициирующий реакцию взаимодействия водорода и кислорода в газовой среде с образованием паров воды, надпероксида калия в качестве источника кислорода, силикагеля для поглощения избыточных паров воды, согласно изобретению, после герметизации контейнера с формируемой газовой среды и с хранящимися в ней химически активными материалами и многокомпонентным адсорбентом, ведут контроль газовой среды в режиме онлайн при постоянном отборе проб через клапан герметичного контейнера через кратные заданные промежутки времени с построением графиков зависимости концентраций кислорода, водорода, паров воды от времени, при этом концентрации газообразных компонентов определяют газохроматографическим методом, а количественное определение паров воды проводят посредством датчиков, регистрирующих одновременно и относительную влажность и температуру, при этом, в случае достижения концентраций определяемых компонентов газовой среды критических значений производят разгерметизацию герметичного контейнера и перезагрузку функциональных материалов.
Заявляемый способ формирования кислородосодержащей газовой среды с хранящимися в ней химически активными материалами поясняется следующим образом.
На фиг. 1 представлено устройство, с помощью которого реализован предлагаемый способ, где 1 - стенка контейнера, 2 - многокомпонентный адсорбент, 2а - силикагель, 2в - надпероксид калия, 2с - палладированный катализатор, 3 - химически активный материал (ХАМ), 4 - защитная оксидная пленка, 5 - клапан.
На фиг. 2 показан график зависимости показателей относительной влажности и температуры газовой среды в герметичном контейнере от времени хранения в нем химически активного материала, а также изменение концентраций компонентов газовой среды (кислород, водород) от времени хранения ХАМ в контейнере.
Заявляемый способ реализуется следующим образом.
Для обеспечения постоянства заданного состава формируемой газовой среды и сохранения целостности защитной оксидной пленки 4 на поверхности химически активного материала 3, после герметизации контейнера с формируемой газовой средой и с хранящимися в ней 3 и 2, ведут контроль газовой среды в режиме онлайн при постоянном отборе проб через 5 герметичного контейнера и через кратные заданные промежутки времени с построением графиков зависимости концентраций кислорода, водорода, паров воды от времени, при этом концентрации газообразных компонентов определяют газохроматографическим методом, а количественное определение паров воды проводят посредством датчиков, регистрирующих одновременно и относительную влажность и температуру.
Первоначально помещают в герметичный контейнер порцию химически активного материала со сформированной на его поверхности защитной оксидной пленкой, Одновременно в герметичный контейнер помещают функциональные материалы: многокомпонентный селективный адсорбент, содержащий палладированный катализатор, инициирующий реакцию взаимодействия водорода и кислорода в газовой среде с образованием паров воды, надпероксид калия в качестве источника кислорода, силикагель для поглощения избыточных паров воды.
После герметизации контейнера с формируемой газовой средой и с хранящимися в ней химически активными материалами и многокомпонентным адсорбентом, ведут контроль газовой среды в режиме онлайн при постоянном отборе проб через клапан герметичного контейнера через кратные заданные промежутки времени. В ходе мониторинга состояния газовой среды герметичного контейнера регистрируют показания комбинированных датчиков температуры и относительной влажности с построением графиков зависимости концентраций кислорода, водорода, паров воды от времени (фиг. 2).
Концентрации газообразных компонентов определяют газохроматографическим методом, а количественное определение паров воды проводят посредством датчиков, регистрирующих одновременно и относительную влажность, и температуру.
Мониторинг состояния газовой среды проводят в течение всего срока хранения, а в случае достижения концентраций определяемых компонентов газовой среды критических значений, производят разгерметизацию герметичного контейнера и перезагрузку функциональных материалов.
В отличие от известного способа, в заявляемом способе формирования кислородосодержащей газовой среды с хранящимися в ней химически активными материалами, через определенные временные интервалы вскрывают гермообъем и проводят визуальный контроль поверхности ХАМ для определения наличия очагов коррозии и целостности оксидной пленки (ТВО-покрытия) и для замены многокомпонентного адсорбента в случае его выхода из строя, при этом проводят газохроматографическое определение адсорбатов, полученных методом термодесорбции.
Таким образом, при использовании предлагаемого способа обеспечивается требуемая степень постоянства заданного состава формируемой газовой среды и возможность сохранения целостности оксидной пленки на поверхности химически активных материалов.
Возможность промышленной реализации предлагаемого способа поясняется следующим примером конкретного исполнения.
Пример 1. В лабораторных условиях предлагаемый способ реализован на установке - в контейнер 1 с кислородосодержащей газовой средой помещают химически активный материал (ХАМ) 3 со сформированной защитной окисной пленкой на его поверхности 4 и многокомпонентный адсорбент 2, содержащий палладированный катализатор 2с, инициирующий реакцию взаимодействия водорода и кислорода в газовой среде с образованием паров воды, надпероксид калия 2в, который, взаимодействуя с парами воды, образующимися на катализаторе 2с, выделяет кислород, а также силикагель 2а для поглощения избыточных паров воды в гермообъеме контейнера.
В качестве функциональных материалов в условиях данного примера использовались: силикагель КСМГ ГОСТ 3956-76, уголь активный АГ-3 ГОСТ 20464-75, надпероксид калия ГОСТ В 25669-83, катализатор К-ПГ ТУ6-09-5514-84, цеолит типа NaA-2MUI ТУ38.102123-88.
В процессе хранения ХАМ ведут наблюдения за состоянием газовой среды в режиме онлайн в гермообъеме контейнера 1 с ХАМ 3, расположенного в климатической камере HRMB-120CRUN, при поддержании постоянной повышенной температуры среды, где в процессе выделения водорода, инициирующего реакцию окисления кислородом воздуха с образованием паров воды на многокомпонентном адсорбенте 2, как следствие состав газовой среды постоянно меняется, поэтому контроль безопасного уровня параметров среды хранения крайне необходим из-за риска возникновения пожаро- и взрывоопасной ситуации в гермообъеме. Во избежание этого, через кратные промежутки времени производят отбор проб газовой среды через клапан, расположенный на крышке контейнера 1 с помощью кварцевых вакуумированных пробоотборников; пробы газовой среды анализируют методом газовой хроматографии на хроматографе ЦВЕТ-800 с последующим построением графиков зависимости изменения концентрации водорода, кислорода от времени эксперимента. Также проводят наблюдения и за изменением температуры, относительной влажности и давления внутри гермообъема контейнера с помощью датчика с комбинированной функцией определения температуры и относительной влажности HygroClip НС-2-С05 и датчика температуры, относительной влажности и давления ДТГД-1,0. В процессе наблюдения через определенные временные интервалы гермообъем вскрывают и проводят визуальный контроль поверхности ХАМ для определения наличия очагов коррозии и целостности оксидной пленки (ТВО-покрытия) и для замены многокомпонентного адсорбента в случае его выхода из строя, при этом проводят газохроматографическое определение адсорбатов, полученных методом термодесорбции.
Как показали экспериментальные исследования заявляемого способа, при использовании условий и предлагаемых материалов обеспечивается требуемая степень постоянства заданного состава формируемой газовой среды, сохраняется целостность оксидной пленки (ТВО-покрытие) на поверхности химически активных материалов.