ПРОФИЛАКТИЧЕСКАЯ СМАЗКА ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ СМЕРЗАНИЯ СЫПУЧИХ ВЕЩЕСТВ
PREVENTIVE AGENT FOR PREVENTING CONGELATION OF GRANULAR SUBSTANCES

Предлагаемая профилактическая смазка относится к составам для предотвращения смерзаемости сыпучих материалов, в частности угля, и для борьбы с пылеобразованием, может применяться в угольной, горнорудной, металлургической, строительной и других отраслях промышленности в условиях транспортировки при отрицательных температурах. Известно, что проблемы перевозки и выгрузки угля в зимнее время обусловлены наличием в нем воды, что является причиной смерзания груза при транспортировке в железнодорожных вагонах и приводит к увеличению затрат на перевозку и разгрузку у потребителя. Считается экономически целесообразным применять профилактические антисмерзающие средства для обработки угля при его транспортировке в зимний период.
В настоящее время для снижения смерзаемости угля при транспортировке применяют антипримерзающие средства, которые в количестве 0,8-3,0 мас.% наносят на поверхность угля при его погрузке в вагоны тонким распылением форсунками (Походенко Н.Т., Брондз Б.И. Получение и обработка нефтяного кокса. - М.: Химия, 1986, с. 289-293). В качестве антипримерзающих средств применяют нефть, прямогонные нефтяные фракции, глицерин, смолы, хлориды магния и кальция, неионогенные ПАВ.
Известен состав для предотвращения смерзаемости сыпучих материалов и для борьбы с пылеобразованием, который может применяться в угольной, горнорудной, металлургической, строительной и других отраслях промышленности при транспортировке грузов при отрицательных температурах окружающей среды. Состав содержит, мас.%: хлорид кальция и(или) хлорид магния - 10-30; дигидрофосфат натрия и (или) дигидрофосфат калия - 0,1-0,2; метиленовый синий - 0,005; остальное - вода (Патент РФ №2485156, МПК. С09К 3/18, С09К 3/22, опубл. 20.06.2013, бюл. 17).
Недостатками данного состава являются:
- высокая стоимость реагентов;
- сложность транспортировки реагентов и приготовления растворов;
- низкая эффективность;
- высокая коррозионная активность реагентов по отношению к материалу, из которого изготовлены вагоны;
- ухудшение качества угля вследствие увеличения его зольности и коррозионной активности продуктов сгорания.
Для защиты металлической поверхности горнотранспортного оборудования от примерзания влажных сыпучих пород была предложена профилактическая смазка, содержащая остаток от разгонки олигомеров и смесь экстрактов или экстракт от очистки масляных дистиллятов N-метилпирролидоном при следующем соотношении компонентов: остаток от разгонки олигомеров 80-90 мас.%, смесь экстрактов или экстракт 10-20 мас.% (Патент РФ №2211236, МПК С09К 3/22, опубл. 27.08.2003).
Недостатками данного состава являются:
- технологическая сложность и высокая стоимость реагентов;
- сложность транспортировки реагентов и приготовления растворов;
- низкая эффективность при температуре ниже -10°С;
- резкий неприятный запах, осложняющий переработку обработанного сырья в закрытых помещениях.
Кроме того, для предотвращения пылеобразования при добыче полезных ископаемых открытым способом, а также предотвращения прилипания, смерзания и примерзания влажных сыпучих материалов к металлической поверхности горнотранспортного оборудования была предложена профилактическая смазка, содержащая, мас.%: крекинг-остаток термического крекинга 1-50 и низкозастывающий ароматизированный нефтяной растворитель неф-рас, выкипающий в пределах 150-330°С, 50-99 (Патент РФ №2313554).
Недостатками данного состава являются:
- технологическая сложность и высокая стоимость реагентов;
- сложность транспортировки реагентов и приготовления растворов;
- низкая эффективность при температуре ниже -10°С;
- резкий неприятный запах, осложняющий переработку обработанного сырья в закрытых помещениях.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является профилактическое антисмерзающее средство «Ниогрин», представляющее собой раствор крекинг-остатка газойлей коксования, с расходом 1-1,5% на массу угля или нефтяного кокса (Сюняев З.И., Ольков П.Л., Рогачева О.И. Ниогрин - новый продукт против смерзания и примерзания. - Уфа: Башкирское книжное издательство, 1977, с. 41-48). Недостатками данного способа являются:
- сложность транспортировки и приготовления реагента;
- отсутствие крекинг-остатков из-за закрытия установок термокрекинга;
- невысокая эффективность при температуре ниже -10°С.
Техническим результатом предлагаемой профилактической смазки для предотвращения смерзания сыпучих веществ является снижение смерзаемости угля и примерзания его к стенкам вагонов, сокращение затрат (материальных и трудозатрат) при его транспортировке и разгрузке, что достигается путем нанесения на уголь и внутреннюю поверхность железнодорожных вагонов.
Указанный технический результат достигается тем, что профилактическая смазка для предотвращения смерзания сыпучих веществ, содержащая в своем составе низкозастывающую базовую фракцию и растворяющий ее компонент, что согласно изобретению в качестве низкозастывающей базовой фракции она содержит шламы нефтепереработки (шлам НП), а в качестве растворяющего компонента спиртовую фракцию капролактама (СФК), мас.%:
- шламы НП - 5-10;
- спиртовая фракция производства капролактама - 90-95;
или в качестве растворяющего компонента - отработанное турбинное масло МС-8П(ТАМ) при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
- шламы НП - 5-20;
- отработанное турбинное авиационное масло МС-8П - 80-95.
Состав СФК (мас.%): амиловый спирт 40-53; изоамиловый спирт 0,5-1,7; циклогексанон 2-22; циклопентанон 1-3; бутиловый спирт 0,3-0,6; изобутиловый спирт 0,5-2,5; гептанон-2 0,2-2,5; пропанол-2 0,3-0,6; циклогексанол 0,1-2,3; этилциклогексиловый эфир 1,4-9,7; высококипящие органические вещества 0,2-1,3; вода остальное.
В производственных условиях часто возникают ситуации, когда антисмерзающий реагент для обработки стенок вагонов хранится на открытой площадке при температурах до -30°С. В связи с этим реагент должен обладать свойствами текучести при низкой температуре, обеспечивающей возможность прокачивания шестеренчатым насосом через форсунки. Поэтому проведены испытания сохранения текучести составов при температурах до -30°С.
При оценке текучести использовался прием «экспертной оценки» с 5-разрядной цифрологической градацией, представленный на фиг. 1-5.
На фиг. 1 показано состояние вещества - солидол (не текучее, принимает форму, созданную внешним воздействием).
На фиг. 2 показано состояние вещества - пастообразное (вязко-подвижное, медленно изменяет форму).
На фиг. 3 показано состояние вещества - густое (подвижное, течет при гравитационном воздействии).
На фиг. 4 показано состояние вещества - текучее (течет вязкой струей подобно маслу подсолнечника)
На фиг. 5 показано состояние вещества- жидкое (течет водяной струей).
Состояния композиций, соответствующие при температуре -30°С градации не ниже 3, будут удовлетворять требованиям текучести для профилактической смазки, которую можно прокачивать шестеренчатым насосом через форсунки. Для создания низкозастывающей профилактической смазки, удовлетворяющей условию сохранения текучести при температуре не выше -30°С, были составлены композиции, включающие в себя как парафинистые компоненты, так и растворители, имеющие низкие температуры застывания. Была изучена их текучесть в диапазоне температур от -30°С до +30°С таблица 1.
Показано, что в условиях низких температур «Ниогрин» можно использовать при хранении на открытых площадках при температурах не ниже -10°С. Составы реагентов предлагаемой профилактической смазки сохраняют текучесть при температуре ниже -30°С.
Для снижения смерзаемости угля при его транспортировке в зимнее время была разработана профилактическая смазка для предотвращения смерзания сыпучих веществ.
В состав профилактической смазки для предотвращения смерзания сыпучих веществ входят высокомолекулярные парафины, содержащиеся в шламах НП и в качестве растворяющего компонента спиртовая фракция капролактама (СФК), мас.%:
- шламы НП - 5-10;
- спиртовая фракция производства капролактама - 90-95;
или в качестве растворяющего компонента - отработанное турбинное масло МС-8ЩТАМ) при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
- шламы НП - 5-20;
- отработанное турбинное авиационное масло МС-8П - 80-95.
Эксперименты проводили в специальных металлических макетах железнодорожных полувагонов (материал - ст. 20), моделирующих железнодорожные вагоны, использующиеся для перевозки угля, уменьшенные в 1225 раз. Использовался уголь ОФ «Кузбасская» при содержании влаги 10,5%, характеристики которого приведены в таблице 2.
Обработка внутренней поверхности полувагона производилась при помощи пулевизатора. Объем угля обрабатывался распылением реагента через форсунку. На практике для обработки стенок полувагона берется расход антисмерзающих жидкостей - 10 л на полувагон, для сравнительных испытаний был принят расход 8 мл на одну модель полувагона согласно кратности масштабирования данного объекта.
Уголь в контейнерах замораживался в морозильной камере при температуре -30°С в течение 48 ч. Выгрузка угля производилась после механического воздействия на боковую стенку модели полувагона ударами гири массой 1 кг, привязанной на шнуре длиной 35 см и углом падения 45° с последующим переворачиванием. После каждого удара и переворачивания производилась визуальная оценка объема выгруженного угля в процентном соотношении. Результаты испытаний приведены в таблице 3.
Также оценивалось действие профилактической смазки. Главными критериями при оценке эффективности действия антисмерзающих средств являются:
- адгезия (примерзаемость) угля к стенкам и днищу металлического макета;
- смерзаемость объема угля в контейнере-макете;
- сложность выгрузки угля из макета по количеству необходимых для полной выгрузки ударов гири, моделирующих работу вибратора.
Результаты испытаний показали:
1. При загрузке угля без применения антисмерзающих средств наблюдаются сильная адгезия угля к внутренней поверхности контейнера-макета, высокая смерзаемость угля (см. табл. 3, пример 1). При выгрузке угля из металлических макетов приходилось прилагать значительные механические воздействия, при этом выгруженный смерзшийся уголь имел высокую прочность.
2. При использовании реагента «Ниогрин» по прототипу (см. табл. 3, образец №2) получены отрицательные результаты. Наблюдаются высокая адгезия (примерзаемость) угля к металлической поверхности и смерзаемость кокса по объему макета. Это связано с высокой температурой застывания реагента «Ниогрин» (см. табл. 1, п. 1).
3. Использование в качестве антисмерзающих средств смесей шламов нефтепереработки и средней фракции капролактама (СФК) (см. табл. 1, образцы №№2-6) или отработанного масла МС-8П (ТАМ) (см. табл. 1, образцы №№5-7) позволяет снизить адгезию (примерзаемость) угля к металлической поверхности, значительно уменьшить смерзаемость угля и облегчить его выгрузку из контейнеров-макетов (см. табл. 3, примеры 7-18). Это объясняется низкой температурой застывания примененных реагентов (см. табл. 1), а также улучшенной адгезией к поверхности кусков угля и поверхности металла.
4. Оптимальные результаты достигнуты при распылении антипримерзающего средства в мелкодисперсном состоянии непосредственно на внутреннюю металлическую поверхность макета и на уголь. При этом наблюдаются как низкая адгезия угля к металлической поверхности макетов, так и отсутствие его смерзаемости по объему макета. Обработанный таким образом уголь достаточно легко выгружается из металлического макета (см. табл. 3, №№7-18).
Эффект воздействия профилактической смазки для предотвращения смерзания сыпучих веществ заключается в предотвращении контактирования металлической поверхности вагона с насыпным грузом и гранул насыпного груза между собой.
Реализация предлагаемой профилактической смазки для предотвращения смерзания сыпучих веществ позволит уменьшить смерзаемость угля и сократит затраты на его транспортировку и выгрузку.