АНТИПИРОГЕННЫЙ РЕАГЕНТ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ ПРИ ХРАНЕНИИ И ТРАНСПОРТИРОВКЕ
ANTI-PYROHENOGENIC REAGENT FOR PREVENTING COAL SELF-IGNITION IN STORAGE AND TRANSPORTATION

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для предотвращения самовозгорания угля в складах, при транспортировке в вагонах путем обработки поверхности угля антипирогеном.
Известна композиция, описанная в патенте на изобретение РФ №2191198, опубликованном 20.10.2002, относится к производству трудногорючих композиционных материалов, которые могут быть использованы для получения огнестойких кровельных и гидроизоляционных материалов, сохраняющих работоспособность в интервале температур минус 50°С-100°С. Композиция включает суспензионный поливинилхлорид, пластификатор, стабилизатор, гидроксид алюминия, минеральный наполнитель, антипирен, дополнительные компоненты, отличающаяся тем, что в качестве пластификатора она содержит смесь диоктилфталата (ДОФ) и негорючих пластификаторов-антипиренов: трихлорэтилфосфата (ТХЭФ) и хлорпарафина (ХП), а также композиция дополнительно содержит бутадиеннитрильный, хлоропреновый каучук или хлорсульфированный полиэтилен при следующих соотношениях компонентов, мас. ч. : поливинилхлорид - 100; мел - 30-65; гидроксид алюминия - 30-65; ТХЭФ - 20-45; ДОФ - 10-20; ХП - 10-40; каучук - 5-30 мас. ч., диоксид титана - 2,5-5; эпоксидированное соевое масло - 1,2-2,0; стабилизатор барий-кадмиевый - 1,5-2,5; антипирен - 1,0-12,0; стеарат кальция - 1,5-1,7; пигмент - 0,2-0,6.
Недостатком данной композиции является, то, что она предназначена для получения огнестойких кровельных и гидроизоляционных материалов, очень сложна по составу - многокомпонентный состав, дорогостояща. Кроме того, композиция не применима для обработки угля, так как имеет твердое состояние, либо очень вязкий состав, не прокачиваемый насосом, встает вопрос о нанесении данной композиции на уголь.
Известен состав для предотвращения самовозгорания угля, описанный в патенте на изобретение России №834357, опубликованном 30.05.81 г.
Состав для предотвращения самовозгорания угля, включающий вес. %, углекислый кальций 30-40, 50%-ную водную дисперсию поливинилацетата 35-40, смачиватель ДВ-1-3, вода - остальное. Недостатком данного состава для предотвращения самовозгорания угля является его гидрофильность и как следствие хрупкость пленки. Что приводит к возобновлению доступа кислорода в поры угля и как следствие к возможному самовозгоранию угля. Также вследствие гидрофобности и маслянистости угля не создается пленка на поверхности угля. Также недостатком является то, что дисперсия поливинилацетата не обладает грибостойкостью и подвергается действию биокоррозии, то есть в условиях влажности и температуры данный полимерный материал подвержен биологической деструкции, что снижает срок действия данного состава на уголь.
Известен состав для предотвращения самовозгорания угля в разрыхленных массивах угля, описанный в патенте на изобретение России №979646, опубликованном 07.12.82 г.
Состав для предотвращения самовозгорания угля в разрыхленных массивах угля включает воздушно-механическую пену, содержащую поверхностно-активное вещество и жидкое стекло, воздушно-механическую пену, содержащую поверхностно-активное вещество и хлорид.
Недостатком данного состава для предотвращения самовозгорания угля является то, что в заявленном составе предлагается использовать в качестве поверхностно-активного вещества пенообразователь ПО-1. Данный ПАВ является дефицитным и в настоящее время не производится в связи с тем, что является биологически «жестким», т. е. имеет высокие показатели по загрязнению окружающей среды.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является изобретение России №2229497, опубликованное 27.05.2004 г., которое относится к области химии, в частности к огнестойким материалам, содержащим высокомолекулярные соединения. Огнезащитный вспучивающийся материал выполнен из полимерной композиции, содержащей поливинилхлорид, пластификатор и вспучивающийся компонент, в качестве вспучивающего компонента содержит расширенный графит, а в качестве пластификатора смесь диоктилфталата с трихлорэтилфосфатом при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: поливинилхлорид 100, расширенный графит 20-60, смесь диоктилфталата с трихлорэтилфосфатом 30-60, соотношение диоктилфталата к трихлорэтилфосфату в смеси равно (0,5-2,0):1.
Недостатком данного огнезащитного вспучивающегося материала является небольшая смачивающая и проникающая способность состава антипирогена и, как правило, его небольшая кратность использования, невозможность использования в зимний период времени.
Техническим результатом заявляемого антипирогенного реагента для предотвращения самовозгорания угля при хранении и транспортировке является понижение пожароопасности, увеличение кратности использования (уменьшение периодов обработки между загрузками сырья), возможность применения состава в зимний период, состав имеет низкую температуру замерзания.
Технический результат достигается тем, что в антипирогенном реагенте для предотвращения самовозгорания угля при хранении и транспортировке содержится смесь трихлорэтилфосфата - 20,0-30,0 мас. % и остальное до 100 мас. % пылеподавителя калийных солей в виде смеси моногликоля не более 5,0%, дигликоля - 20%, тригликоля - 20%, тетрагликоля - 10%, пентагликоля - 10% с моноэтиловыми эфирами три- и тетраэтиленгликолей не более 30,0% в воде не более 5,0%.
За счет того, что в антипирогенном реагенте для тушения и профилактики пожаров при хранении и транспортировке содержится смесь трихлорэтилфосфата -20,0-30,0 мас. % и остальное до 100 мас. % пылеподавителя калийных солей в виде смеси моногликоля не более 5,0%, дигликоля - 20%, тригликоля - 20%, тетрагликоля - 10%, пентагликоля - 10% с моноэтиловыми эфирами три- и тетраэтиленгликолей не более 30,0% в воде не более 5,0% понижается пожароопасность, увеличается кратность использования (уменьшение периодов обработки между загрузками сырья), появляется возможность применения состава в зимний период, состав имеет низкую температуру замерзания.
Указанный технический результат обеспечивается совместным действием совокупности ингредиентов, используемых в составе для тушения и профилактики пожаров при их заявленном количественном соотношении.
Заявляемое изобретение не известно из уровня техники, данное решение обладает новизной.
Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что предлагаемый антипирогенный реагент для тушения и профилактики пожаров явным образом не следует из уровня техники и вся совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, позволяющее достичь указанный технический результат, то есть изобретение соответствует критерию охраноспособности - «изобретательский уровень».
Заявляемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость», так как оно содержит компоненты, известные на дату подачи заявки и найдет широкое применение для предотвращения эндогенных пожаров в угольных шахтах, карьерах, складах, вагонах и т.п. путем обработки поверхности угля антипирогеном.
Трихлорэтилфосфат (ТХЭФ) изготавливают по ТУ 6-06-241-92. Химическая формула C6H12CL3O4P, бесцветная или светло-желтая прозрачная жидкость. Это полный эфир ортофосфорной кислоты и этиленхлоргидрина. Эффективный антипирен, значительно улучшающий противопожарные свойства материалов. Трихлорэтилфосфат образует однородную физическую смесь с полимерами и не вступает с ними в химическую реакцию, что усиливает огнезащитный эффект. При введении в композицию трихлорэтилфосфата получается самозатухающий материал, который быстро гаснет после прекращения действия открытого пламени. На угольный материал действует химически, дезактивирует центры автоокисления, взаимодействует с органоминеральными компонентами угля. Кроме того, понижает температуру состава, наблюдается синергетический эффект. Производителем является химический завод в КНР «HeBei XinHang Chemical Co, Ltd», г. Хэбэй.
Пылеподавитель калийных солей изготавливают по ТУ 2422-083-05766801-98.
Пылеподавитель калийных солей состоит из смеси следующих соединений:
моногликоль - HOCH2CH2OH или C2H6O2;
дигликоль - Н(ОСН2СН2)2OH или С4Н10О3;
тригликоль - Н(ОСН2СН2)3ОН или C6H14O4;
тетрагликоль - Н(ОСН2СН2)4OH или C8H18O5;
пентагликоль - Н(ОСН2СН2)5OH или С10Н22О6;
моноэтиловый эфир триэтиленгликоля - С2Н5(ОСН2СН2)3ОН или C8H18O4;
моноэтиловый эфир тетраэтиленгликолей - С2Н5(ОСН2СН2)4OH или С10Н22О5.
Внешний вид - вязкая жидкость темного цвета. Массовая доля моногликоля не более 5,0%, дигликоля - 20%, тригликоля - 20%, тетрагликоля - 10%, пентагликоля - 10%. Массовая доля моноэтиловых эфиров три- и тетраэтиленгликолей не более 30,0%. Массовая доля воды не более 5,0%. В составе технологической жидкости пылеподавитель повышает ингибирующее свойство окисления угля в составе антипирогена, создавая тонкую пленку на поверхности, блокируя центры автоокисления и исключая повторную обработку после продолжительных дней ливня, кроме того, предотвращает образование угольной пыли. Производитель: ПАО «НижнеКамсмкНефтеХим».
Предлагаемый антипирогенный реагент по механизму оказывает следующее действие: трихлорэтилфосфат ингибирует реакцию окисления угля, пылеподавитель блокирует поры угля, образуя пленку на поверхности угля. При высыхании состава образуется пленка, которая кольматирует поры угля, тем самым предотвращая поступление кислорода внутрь, образуется диффузионный барьер.
Сущность изобретения поясняется примерами. Трихлорэтилфосфат - 20,0-30,0, пылеподавитель калийных солей в виде смеси моно-, ди-, три-, тетра-, пентагликолей и моноэтиловых эфиров три- и тетраэтиленгликолей - остальное до 100%.
Пример №1
Трихлорэтилфосфат - 20,0% смешиваем с пылеподавителем калийных солей - смесь моно-, ди-, три-, тетра-, пентагликолей и моноэтиловых эфиров три- и тетраэтиленгликолей - 80,0%.
Технология смешивания: берем трихлорэтилфосфата 20,0%, далее добавляем пылеподавитель калийных солей по примеру №1. Температурный режим от -10 до +30°С, при атмосферном давлении.
Смешивание состава происходит в установке по смешиванию жидких компонентов с лопастной мешалкой.
Пример №2
Трихлорэтилфосфат - 25,0% смешиваем с пылеподавителем калийных солей - смесь моно-, ди-, три-, тетра-, пентагликолей и моноэтиловых эфиров три- и тетраэтиленгликолей - 75,0%.
Технология смешивания: берем трихлорэтилфосфата 25,0%, далее добавляем пылеподавитель калийных солей по примеру №2. Температурный режим от -10 до +30°С, при атмосферном давлении.
Смешивание состава происходит в установке по смешиванию жидких компонентов с лопастной мешалкой.
Пример №3
Трихлорэтилфосфат - 30,0% смешиваем с пылеподавителем калийных солей - смесь моно-, ди-, три-, тетра-, пентагликолей и моноэтиловых эфиров три- и тетраэтиленгликолей - 70%.
Технология смешивания: берем трихлорэтилфосфата 30,0%, далее добавляем пылеподавитель калийных солей по примеру №3. Температурный режим от -10 до +30°С, при атмосферном давлении.
Смешивание состава происходит в установке по смешиванию жидких компонентов с лопастной мешалкой.
Исследования проводились на штабелях с угольного разреза в Уральском регионе. За время проведения исследования наблюдались метеорологические осадки периодически. Исследования проводились на открытом складе хранения угля, незащищенном от метеорологических условий, таких как дождь и снег. Стартовой точкой исследования считалось время после воздействия на штабели угля проливных дождей. Метод исследования заключался в обработке исследуемых составов антипирогенов в штабелях угля. Заготовили пять штабелей. Первый штабель обработали составом, описанным в аналоге, второй штабель - составом описанным в прототипе, третий штабель - составом по заявляемому решению, описанному в примере №1, четвертый штабель - составом по заявляемому решению, описанному в примере №2, пятый штабель - составом по заявляемому решению, описанному в примере №3.
Сопоставительный анализ показателей аналога, прототипа и заявляемых составов трех примеров представлен в таблице №1.
По совокупности технических характеристик заявляемое изобретение дает лучшие результаты, оптимальным был выбран состав из Примера №1.
Химическая активность для прототипа и всех трех примеров решения следующая: у Примера №1 она меньше в 1,5 раза; для Примера №2 и №3 - меньше в 2,25 раза. Это обусловлено тем, что при взаимодействии трихлорэтилфосфата и органоминеральных компонентов угля образуются компоненты дезактивирующие центры окисления, что уменьшает химическую активность.
Но в сравнении с аналогом химическая активность Примера №1 меньше в 3,33 раза.
2
Концентрация пылеподавителя калийных солей сказывается на двух следующих показателях - смываемости водой при нанесении на 1м поверхности и на кратности использования разового покрытия (количество рейсов без дополнительной обработки). Уменьшение концентрации пылеподавителя калийных солей приводит к увеличению смываемости (Пример №3) и к уменьшению количества рейсов без дополнительной обработки в Примере №3 и Примере №2 - 9 против 11 в Примере №1.
В сравнении с аналогом Примера №1 смываемость меньше в 94 раза, в сравнении с прототипом Примера №1 смываемость меньше в 3,5 раза.
Смываемость непосредственно влияет и на кратность использования разового покрытия (количество рейсов). Прототип может быть решением проблемы смываемости, но возникает вопрос в нанесении данной композиции на угольный материал (требуются более мощные насосы, так как материал очень вязкий).
В сравнении с аналогом кратность использования разового покрытия (количество рейсов) Примера №1 больше в 5,5 раза.
В сравнении с прототипом кратность использования разового покрытия (количество рейсов) Примера №1 больше в 1,6 раза.
В отношении температуры замерзания заявляемый состав выигрывает и в сравнении с аналогом и с прототипом смотри Таблицу 1.
В заявляемом изобретении понижается пожароопасность, увеличается кратность использования (уменьшение периодов обработки между загрузками сырья), возможность применения состава в зимний период, состав имеет низкую температуру замерзания за счет того, что в антипирогенном реагенте содержится смесь трихлорэтилфосфата - 20,0-30,0 мас. % и остальное до 100 мас. % пылеподавителя калийных солей в виде смеси моногликоля не более 5,0%, дигликоля - 20%, тригликоля - 20%, тетрагликоля - 10%, пентагликоля - 10% с моноэтиловыми эфирами три- и тетраэтиленгликолей не более 30,0% в воде не более 5,0%.