СОСТАВ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ ПРИ ХРАНЕНИИ И ТРАНСПОРТИРОВКЕ
COMPOSITION FOR PREVENTION OF COAL COMBUSTION 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.
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.
Известен состав для замедления окисления и самовозгорания угля целиков и скоплений разрыхленного угля, описанный в патенте на изобретение России №1739057, опубликованном 07.06.92 г.
Состав для замедления окисления и самовозгорания угля целиков и скоплений разрыхленного угля включает, мас. %: оксид кальция, в качестве которого используют шлам химводоочистки - 5-10, поверхностно-активное вещество - 3-5, остальное вода.
Недостатком данного состава для предотвращения самовозгорания угля является то, что состав не оказывает на скопления угля химического действия. При смешивании с водой (проливные дожди) оксид кальция переходит в гидроксид, который далее, поглощая из воздуха углекислый газ, сильно твердеет, превращаясь в карбонат кальция. Карбонат кальция перекрывает центры окисления угля механическим путем, что не является эффективной мерой по предотвращению самовозгорания угля при хранении на складах. Также при высыхании не образуется пленка, перекрывающая поры и трещины угля.
3
Известен состав для замедления самовозгорания не окисленной углесодержащей горной массы, описанный в патенте на изобретение России №1802120, опубликованном 15.03.93 г. Составом обрабатывают слой из не окисленной углесодержащей массы не более 1, 5 м. Состав получали добавкой суперфосфата 0-10 мас. % к массе угля, или водной вытяжки бурых углей с добавкой суперфосфата 0-10 мас. % к массе угля, или раствора NaHCO в присутствии угля с суперфосфатом 0-10 мас. % к массе угля.
Данные составы повышают мелиоративные свойства не окисленной углесодержащей горной массы. Недостатком данных составов являются недостаточные свойства составов в качестве антипирогенов.
Известны свойства антипирогена ортофосфорной кислоты, описанные в статье «Ортофосфорная кислота: вред или польза». Здоровье. Медицина. Автор Наталья Терентьева, June 7, 2013.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является патент на изобретение России №1296730, опубликованный 15.03.87 г. «Состав для тушения и профилактики пожаров».
Состав для тушения и профилактики пожаров содержит, мас. %: четвертичную аммониевую соль 0,01-2,00, ортофосфорную кислоту 0,001-30,00, остальное вода.
Недостатком данного состава для тушения и профилактики пожаров является небольшая смачивающая и проникающая способность состава антипирогена и, как правило, его небольшая кратность использования.
Техническим результатом заявляемого состава для предотвращения самовозгорания угля при хранении и транспортировке является понижение пожароопасности, увеличение кратности использования (уменьшение периодов обработки между загрузками сырья).
Технический результат достигается тем, что в составе для предотвращения самовозгорания угля при хранении и транспортировке, содержащем в своем составе ортофосфорную кислоту, согласно изобретению состав содержит пятипроцентную ортофосфорную кислоту, катионное поверхностно-активное вещество алкилтриметиламмоний хлорид, пылеподавитель калийных солей в виде смеси моно-, ди-, три-, тетра-, пентагликолей и моноэтиловых эфиров три- и тетраэтиленгликолей, при следующих соотношениях компонентов, мас. %:
пятипроцентная ортофосфорная кислота - 76,0-88,0%;
катионное поверхностно-активное вещество алкилтриметиламмоний хлорид - 2,0-4,0%;
пылеподавитель калийных солей в виде смеси ди-, три-, тетра-, пентагликолей и моноэтиловых эфиров три- и тетраэтиленгликолей - остальное до 100%.
За счет того что в составе для тушения и профилактики пожаров при хранении и транспортировке содержится пятипроцентная ортофосфорная кислота, катионное поверхностно-активное вещество алкилтриметиламмоний хлорид, пылеподавитель калийных солей в виде смеси моно-, ди-, три-, тетра-, пентагликолей и моноэтиловых эфиров три- и тетраэтиленгликолей, при следующих соотношениях компонентов, мас. %:
пятипроцентная ортофосфорная кислота - 76,0-88,0%;
катионное поверхностно-активное вещество алкилтриметиламмоний хлорид - 2,0-.4,0%;
пылеподавитель калийных солей смесь ди-, три-, тетра-, пентагликолей и моноэтиловых эфиров три- и тетраэтиленгликолей - остальное до 100%,
понижается пожароопасность, увеличивается кратность использования (уменьшение периодов обработки между загрузками сырья).
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 состав 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 пожаров в угольных складах, вагонах и т.п. путем обработки поверхности угля антипирогеном.
3
4
3
4
4
Ортофосфорная кислота техническая по ТУ 2143-002-34179766-97 - НРO. Массовая доля ОФК (НРO) не менее 73%, массовая доля сульфатов (SO) не более 3,5%, массовая доля фтористых соединений (F) не более 0,5%, массовая доля взвешенных частиц не более 0,6%. В составе технологической жидкости ортофосфорная кислота выполняет функции ингибитора окисления угля химическим воздействием на органоминеральные компоненты, дезактивируя их.
12
25
2
2
6
5
Катионное поверхностно-активное вещество алкилтриметиламмоний хлорид по ТУ 2482-004-04706205-2005 - [C-14H-29(CH)2N+CHCH)]Cl- (ПАВ). Массовая доля основного вещества 35,0±2,0%, массовая доля свободных аминов не более 0,5%. В составе технологической жидкости катионное поверхностно-активное вещество способствует проникновению антипирогенного состава в поры и трещины угля как смачивающий агент, блокируя и дезактивируя центры окисления угля. Производитель: ООО НПО "НИИПАВ"
Пылеподавитель калийных солей изготавливают по ТУ 2422-083-05766801-98.
Пылеподавитель калийных солей состоит из смеси следующих соединений:
2
2
2
6
2
моногликоль - НОСНСНOН или СНO
2
2
2
4
10
3
дигликоль - Н(ОСНСН)OН или СНО
2
2
3
6
14
4
тригликоль- Н(ОСНСН)ОН или СНO
2
2
4
8
18
5
тетрагликоль - Н(ОСНСН)OН или СНO
2
2
5
10
22
6
пентагликоль - Н(ОСНСН)OН или СНО
2
5
2
2
3
8
18
4
моноэтиловый эфир триэтиленгликоля - СН(ОСНСН)ОН или СНO
2
5
2
2
4
10
22
5
моноэтиловый эфир тетраэтиленгликолей - СН(ОСНСН)OН или СНО
Внешний вид - вязкая жидкость темного цвета. Массовая доля моноэтиленгликоля не более 5,0%, дигликоля - 20%, тригликоля - 20%, тетрагликоля - 10%, пентагликоля - 10%. Массовая доля моноэтиловых эфиров три- и тетра- этиленгликолей 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 «НижнеКамскНефтеХим».
Предлагаемый состав антипирогена по механизму оказывает следующее действие: ортофосфорная кислота ингибирует реакции окисления угля, катионное поверхностно-активное вещество способствует проникновению антипирогенного состава в поры и трещины угля как смачивающий агент, блокируя и дезактивируя центры 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.
Пример №1.
Пятипроцентную ортофосфорную кислоту - 76,0% смешиваем с катионным поверхностно-активным веществом алкилтриметиламмоний хлоридом - 2,0%, добавляем пылеподавитель калийных солей - смесь ди-, три-, тетра-, пентагликолей и моноэтиловых эфиров три- и тетраэтиленгликолей - 22,0%.
Технология смешивания: в воду добавляем кислоту термическую концентрацией 73,0%, разбавляем кислоту до 5,0%, берем ее 76,0%, далее добавляем ПАВ алкилтриметиламмоний, затем добавляем пылеподавитель 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
Пятипроцентную ортофосфорную кислоту - 82,0% смешиваем с катионным поверхностно-активным веществом алкилтриметиламмоний хлоридом - 3,0%, добавляем пылеподавитель калийных солей - смесь ди-, три-, тетра-, пентагликолей и моноэтиловых эфиров три- и тетраэтиленгликолей - 15,0%.
Технология смешивания: в воду добавляем кислоту термическую концентрацией 73,0%, разбавляем кислоту до 5,0%, берем ее 82,0%, далее добавляем ПАВ алкилтриметиламмоний, затем добавлем пылеподавитель 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
Пятипроцентную ортофосфорную кислоту - 88,0% смешиваем с катионным поверхностно-активным веществом алкилтриметиламмоний хлоридом - 4,0%, добавляем пылеподавитель калийных солей - смесь ди-, три-, тетра-, пентагликолей и моноэтиловых эфиров три- и тетраэтиленгликолей - 8,0%.
Технология смешивания: в воду добавляем кислоту термическую концентрацией 73,0%, разбавляем кислоту до 5,0%, берем ее 88,0% далее добавляем ПАВ алкилтриметиламмоний, затем добавляем пылеподавитель 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.
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, не защищенном 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 (при испытании количество ортофосфорной кислоты прототипа брали максимальное - 30,0 мас. %) и всех трех примеров решения практически одинакова, это обусловлено тем, что при взаимодействии ортофосфорной кислоты 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 1 м 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 47,5 раза.
Смываемость непосредственно влияет и на кратность использования разового покрытия (количество рейсов).
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 3,7 раза.
В заявляемом изобретении понижается пожароопасность, увеличивается кратность использования (уменьшение периодов обработки между загрузками сырья), за счет того, что в составе для тушения и профилактики пожаров при хранении и транспортировке содержится пятипроцентная ортофосфорная кислота, катионное поверхностно-активное вещество алкилтриметиламмоний хлорид, пылеподавитель калийных солей в виде смеси моно-, ди-, три-, тетра-, пентагликолей и моноэтиловых эфиров три- и тетраэтиленгликолей, при следующих соотношениях компонентов, мас. %:
пятипроцентная ортофосфорная кислота - 76,0 - 88,0%;
катионное поверхностно-активное вещество алкилтриметиламмоний хлорид - 2,0 - 4,0%;
пылеподавитель калийных солей смесь ди-, три-, тетра-, пентагликолей и моноэтиловых эфиров три- и тетраэтиленгликолей - остальное до 100%.