СРЕДСТВО ДЛЯ БОРЬБЫ С ПЫЛЬЮ И БОРЬБЫ С ЗАМЕРЗАНИЕМ
DUST CONTROL AND ANTI-FREEZING AGENT

Область техники
Настоящее изобретение касается средства, которое может быть использовано для борьбы с пылью и борьбы с замерзанием. Такое средство может быть нанесено на поверхности, содержащие частицы или вещество в виде частиц.
Уровень техники
Пыль от движения транспорта на грязных дорогах и от транспортировки сыпучих продуктов с сопутствующими материалами в виде частиц может создать существенные проблемы для здоровья, окружающей среды и безопасности. В местах горных разработок, промышленных и строительных площадок работа может быть существенно ограничена из-за образования пыльных облаков. При вдыхании любой пыли могут также возникнуть проблемы со здоровьем, окружающей средой и безопасностью.
Известные средства для борьбы с пылью включают масла, побочные продукты процесса изготовления бумаги, такие как дисперсии лигносульфоната, и воду, необязательно содержащую различные соли, такие как хлорид магния и кальция или хлорид натрия. Как описано в патенте США 6589442, в качестве средства для борьбы с пылью также может быть использована частично омыленная смесь необработанного таллового масла и растительного масла, эмульгированная в воде.
Однако дополнительные проблемы возникают при борьбе с пылью, когда температура падает намного ниже точки замерзания. Во время холодной зимы проблемы с пылью могут возникать даже при температуре ниже точки замерзания, в частности, при разработке угольных шахт. Даже при отсутствии проблем с пылью свежедобытый уголь может также содержать существенное количество влаги, подверженной замерзанию. Замерзание влаги на поверхности угля и в угле вызывает агломерацию кусков угля в виде больших громоздких глыб. В холодную погоду такая влага может вызвать примерзание глыб угля к металлическим стенкам вагонов-хопперов и железнодорожных вагонов, используемых для транспортировки угля, что вызывает проблемы с обработкой материалов. Вышесказанное относится и к другим сыпучим материалам, при этом пыль может возникать в результате обработки такого угля, а также в результате обработки других материалов в виде частиц, таких как песок, при любой температуре.
Существует потребность в разработке экономичного и высокоэффективного средства, способного противостоять замерзанию путем предотвращения агломерации и связывания влажных материалов в виде частиц даже при очень низких температурах порядка около -20°С и ниже, одновременно обеспечивая борьбу с пылью при любой температуре.
Сущность изобретения
Первый аспект данного заявляемого изобретения касается средства для борьбы с пылью и борьбы с замерзанием, содержащего смесь приблизительно от 45 до 90 мас.% глицерина, приблизительно от 5 до 50 мас.% воды и приблизительно от 2 до 15 мас.% растворимой в воде соли, при этом температура замерзания упомянутого средства обычно составляет не более -20°С, например, около -35°С.
Второй аспект данного заявляемого изобретения касается средства для борьбы с пылью и борьбы с замерзанием, содержащего необработанный раствор глицерина, при этом упомянутый необработанный раствор глицерина включает глицерин, воду и растворимую в воде соль, и при этом упомянутый необработанный раствор глицерина получают из растительных масел или в виде побочного продукта процесса изготовления биодизельного топлива и получения жирных кислот из растительных масел.
Третий аспект данного заявляемого изобретения касается способа предотвращения агломерации материала в виде частиц и их прилипания к поверхностям при температурах ниже точки замерзания, включающего:
нанесение эффективного количества средства для борьбы с замерзанием, при этом упомянутое средство содержит эффективную смесь глицерина, воды и растворимой в воде соли в количестве, достаточном для увлажнения поверхности материала в виде частиц и по существу предотвращения его замерзания при температуре использования, подавления агломерации материала в виде частиц и его прилипания к поверхностям, таким как металлические поверхности железнодорожных вагонов, вагонов-хопперов и конвейерных лент. Средство согласно данному изобретению также может быть использовано для предотвращения нарастания льда на таких поверхностях в результате их непосредственного нанесения на поверхности таким же способом, как и при борьбе с обледенением крыльев самолетов, при наличии или отсутствии материала в виде частиц.
Четвертый аспект данного заявляемого изобретения касается способа предотвращения образования пыли из материала в виде частиц, включающего:
нанесение на упомянутый материал в виде частиц средства для борьбы с пылью,
при этом упомянутое средство включает смесь глицерина, воды и растворимой в воде соли в количестве, достаточном для увлажнения поверхности материала в виде частиц и по существу предотвращения образования пыли из упомянутого материала в виде частиц.
Описание изобретения
Данное изобретение предлагает новое, недорогое, безопасное для окружающей среды, действующее длительное время средство для борьбы с пылью и борьбы с замерзанием, которое может быть использовано по существу при любой температуре, но имеет особые преимущества по сравнению с другими средствами при температурах ниже точки замерзания, для борьбы с пылью от грязных дорог, а также от куч материалов в виде частиц, благодаря своей способности предотвращать агломерацию и прилипание при замерзании влажных материалов в виде частиц.
Первый аспект данного заявляемого изобретения касается средства для борьбы с пылью и борьбы с замерзанием, обычно содержащего смесь приблизительно от 45 до 90 мас.% глицерина; приблизительно от 5 до 50 мас.% воды; и приблизительно от 2 до 15 мас.% растворимой в воде соли, такой как хлорид натрия или калия.
Глицерин представляет собой коммерческий продукт, выпускаемый компаниями по производству химических материалов.
Любой источник воды, включая водопроводную воду и сырую воду, может быть использован для получения воды, необходимой для концентрированного продукта.
Что касается необходимости включения растворимой в воде соли, было установлено, что при желании хлорид кальция также может быть добавлен наряду или вместо хлорида натрия или калия. Могут быть также использованы другие неорганические и органические соли. Такие неорганические и органические соли известны рядовым специалистам в области рецептурной химии.
Такое средство может также содержать следовые количества других ингредиентов, таких как, но не ограничиваясь ими, свободные жирные кислоты и их сложные эфиры и спирты, такие как метанол. Предполагается, что такие следовые количества других ингредиентов существенно не умаляют пылеподавляющих свойств данного средства. Также предполагается, что такие следовые количества других ингредиентов существенно не умаляют защищающих от замерзания свойств данного средства. Поэтому такие следовые материалы допустимы в составе средства, однако обычно их общее содержание составляет не более приблизительно 5 мас.% от массы продукта.
Как указано выше, данное заявляемое изобретение касается средства для борьбы с пылью и борьбы с замерзанием, содержащего смесь приблизительно от 45 до 90 мас.% глицерина; приблизительно от 5 до 50 мас.% воды; и приблизительно от 2 до 15 мас.% растворимой в воде соли. Предпочтительный состав такого средства содержит приблизительно от 50 до 90 мас.% глицерина, приблизительно от 5 до 45 мас.% воды и приблизительно от 3 до 10 мас.% растворимой в воде соли. Некоторые варианты данного средства содержат приблизительно от 60 до 90 мас.% глицерина, приблизительно от 5 до 38 мас.% воды и приблизительно от 4 до 10 мас.% растворимой в воде соли.
Второй аспект данного заявляемого изобретения касается средства для борьбы с пылью и борьбы с замерзанием, содержащего необработанный раствор глицерина, при этом упомянутый необработанный раствор глицерина содержит глицерин, воду и растворимую в воде соль, и при этом упомянутый необработанный раствор глицерина получают из растительных масел или в виде побочного продукта процесса изготовления биодизельного топлива и получения эфиров жирных кислот из растительных масел.
Необработанный глицерин может быть получен из растительных масел в процессе производства жирных кислот либо в результате использования рециркулированных растительных масел в качестве материала-источника. Один из вариантов такого получения включает получение необработанного глицерина в результате процесса производства сложных эфиров жирных кислот из по меньшей мере одного масла, выбранного из группы, включающей соевое масло и масло canola. Другой вариант включает использование рециркулированных растительных масел из ресторанов быстрого питания в качестве материала-источника необработанного глицерина. Другие способы получения необработанного глицерина из животных и растительных масел известны рядовым специалистам в области получения глицерина. Предпочтительным является использование необработанного глицерина, полученного из растительных масел и масличных семян.
Необработанный глицерин может быть также получен в виде побочного продукта процесса производства биодизельного топлива, включающего получение эфиров жирных кислот из растительных масел, предпочтительно, сложных этиловых и метиловых эфиров, в частности, соевого масла и масла canola. Однако могут быть использованы и другие масла. Процессы получения биодизельного топлива хорошо известны. Существует три основных способа получения биодизельного топлива из жиросодержащих масел живых веществ, в частности масличных семян, а именно: (1) катализируемая основаниями переэтерификация масла; (2) прямая катализируемая кислотами переэтерификация масла; (3) конверсия масла в его жирные кислоты, а затем в биодизельное топливо. Большую часть производимого в настоящее время биодизельного топлива обычно получают в результате катализируемой основаниями реакции по причине высокой конверсии жирных кислот непосредственно в сложный эфир с минимальными побочными реакциями и продолжительностью реакции. Например, 100 фунтов растительного масла, включающего триглицериды жирных кислот, могут быть подвергнуты взаимодействию с соответствующим количеством этилового или метилового спирта, например, 10 фунтов, с получением около 10 фунтов глицерина и около 100 фунтов сложного метилового или этилового эфира жирной кислоты биодизельного качества. Безусловно, используемые пропорции и виды ингредиентов могут варьироваться.
Используемое для реакции основание обычно представляет собой гидроксид натрия или гидроксид калия, диспергированный в используемом спирте (как правило, этанол или метанол), при обычном перемешивании или смешивании. Смесь спирта/основания затем помещают в закрытый реактор и добавляют растительное масло. После этого систему закрывают и обычно выдерживают при температуре около 71°С (160°F) в течение приблизительно от 1 до 8 часов, хотя при использовании некоторых систем рекомендуется проводить реакцию при комнатной температуре. Как правило, используют избыток спирта, чтобы обеспечить конверсию почти всего жира/масла в сложный эфир.
После завершения реакции образуются два основных продукта: необработанный глицерин и биодизельные сложные эфиры жирных кислот. Избыточный спирт может быть получен в результате дистилляции или иным известным способом, а необработанный глицерин обычно может быть откачан со дна отстойника. Необработанный глицерин является щелочным из-за присутствия гидроксида натрия или калия. Его предпочтительно нейтрализуют кислотой, такой как хлористоводородная кислота, получая в результате неорганическую соль в глицерине.
Именно такой необработанный нейтрализованный глицерин может служить в качестве средства согласно второму аспекту данного заявляемого изобретения. Стоимость побочного продукта необработанного глицерина является весьма невысокой, намного более низкой, чем стоимость чистого глицерина, который может быть рафинирован из него, поэтому материал, используемый в данном изобретении, представляет собой экономически выгодный агент для борьбы с пылью и замерзанием, сохраняющий свои свойства при очень низких температурах и являющийся высокоэффективным агентом для осаждения пыли.
Средство, содержащее необработанный глицерин, полученный из растительных масел или в результате процессов производства биодизельного топлива, обычно содержит приблизительно от 78 до 84 мас.% глицерина, приблизительно от 7 до 16 мас.% воды и приблизительно от 6 до 9 мас.% неорганической соли. Необработанный глицерин может также содержать следовые количества материалов, не оказывающих отрицательного действия на его эффективность, в качестве пылеподавляющего агента или агента против замерзания. Такие следовые количества материалов обычно представляют собой приблизительно от 0,5 до 3 мас.% этанола или метанола, жирных кислот и их сложных эфиров.
Третий аспект данного заявляемого изобретения касается способа предотвращения агломерации материала в виде частиц и его прилипания к поверхностям, таким как поверхности металлических вагонов, бункеров и конвейерных лент, при температурах ниже точки замерзания. Данный способ включает: нанесение на упомянутый материал в виде частиц и/или непосредственно на металлические поверхности эффективного количества средства, включающего смесь глицерина, воды и растворимой в воде соли.
Третий аспект данного заявляемого изобретения касается способа предотвращения агломерации материалов в виде частиц, таких как уголь, железная руда, боксит, древесные стружки и т.п.Уголь считается материалом в виде "частиц", несмотря на то что большая его часть может иметь вид довольно больших кусков. Металлические поверхности особенно уязвимы для такого прилипания глыб влажного угля или других минералов в виде частиц в очень холодных условиях из-за высоких теплообменных свойств металла и из-за того, что уголь и некоторые другие минералы в виде частиц хранят в металлических бункерах и транспортируют в металлических роликовых бункерах, железнодорожных вагонах и на конвейерных лентах.
Преимуществом средства согласно данному изобретению является использование водной глицериновой смеси, которая, как известно, имеет пониженную точку замерзания, плюс присутствие растворимой в воде соли, такой как хлорид натрия, которая обеспечивает неожиданно большое дополнительное снижение точки замерзания по сравнению с чистым глицерином и водой, поэтому данное средство, даже разбавленное дополнительным количеством воды, может быть легко использовано при температурах ниже точки замерзания. Например, точка замерзания материала может обычно составлять не более -20°С, например, около -35°С.
Например, известно, что 50% водный раствор чистого глицерина начинает замерзать при температуре по меньшей мере около -25°С (-13°F), при этом замерзание определенно происходит при температуре по меньшей мере около -29°С (-20°F). И наоборот, было установлено, что средство согласно данному заявляемому изобретению, содержащее 50 мас.% глицерина и содержащее хлорид натрия, не начинает замерзать до тех пор, пока температура не достигнет по меньшей мере около -35°С (около -31°F), при этом замерзание определенно происходит при температуре по меньшей мере около -40°С (-40°F).
Точка замерзания может быть дополнительно снижена путем увеличения содержания в средстве растворимой в воде соли, такой как хлорид натрия, до уровня, составляющего около 10 мас.% или более.
Поэтому средство также может быть использовано даже в суровых зимних условиях в качестве антиагломерирующего и антиадгезионного агента без устранения проблем, возникающих в результате замерзания средства. Средство может быть нанесено на материал в виде частиц либо оно может быть непосредственно нанесено на металлические поверхности для предотвращения прилипания частиц в результате замерзания, либо оно может быть непосредственно нанесено на поверхности, такие как конвейерные ленты (или крылья самолетов и башенные охладители), для предотвращения нарастания льда даже при отсутствии материала в виде частиц.
Средство согласно данному изобретению производится Nalco Company, 1601 W. Diehl Road, Naperville, IL 60563, (630) 305-1423.
Данное средство может быть необязательно разбавлено водой для снижения стоимости обработки поверхности на квадратный метр. Объем разбавления водой может варьироваться вместе с условиями и может быть определен на месте использования в зависимости от природы материала в виде частиц, будь то грязные дороги, кучи угля, кучи песка или т.п., и температуры окружающей среды. Обычно разбавление составляет приблизительно от 10 до 400 или 500 мас.% воды исходя из количества используемого средства. Полученная разбавленная смесь затем может быть нанесена на дорогу, кучу угля, такого как уголь в железнодорожном вагоне или роликовом хоппере, куча песка или т.п., для снижения распространения пыли. Данное средство также предотвращает агломерацию частиц при низких температурах.
Обычно предпочтительно, чтобы средство согласно данному изобретению содержало при нанесении приблизительно от 40 до 60 мас.% глицерина при его использовании для борьбы с замерзанием, т.е.: предотвращение агломерации частиц материала, включая большие куски, предотвращение их прилипания, особенно к металлическим поверхностям железнодорожных вагонов, конвейерным лентам и т.п., даже если устранение пыли в воздухе не является основным фактором.
"Эффективное количество" - это количество средства, достаточное для увлажнения поверхности материала в виде частиц и/или других поверхностей таким образом, чтобы по существу предотвратить их замерзание при температуре использования и подавить агломерацию материала в виде частиц и его прилипание к поверхностям.
Как указано ранее, данное средство особенно применимо при температурах ниже точки замерзания, поскольку оно не замерзает до температуры, предпочтительно, по меньшей мере около -35°С или при более низкой температуре. Данное средство служит в качестве агента для борьбы с замерзанием, предотвращающего агломерацию материала в виде частиц, такого как уголь, и его прилипание особенно к металлическим поверхностям, таким как железнодорожные вагоны или конвейерные ленты, благодаря предотвращению замерзания присутствующей в нем воды.
Четвертый аспект данного заявляемого изобретения касается способа предотвращения образования пыли из материалов в виде частиц, включающего: нанесение на упомянутый материал в виде частиц средства для борьбы с пылью, включающего эффективную смесь глицерина, воды и растворимой в воде соли в концентрации и количестве, достаточных для увлажнения поверхности материала в виде частиц и по существу предотвращения образования пыли из упомянутого материала в виде частиц.
Согласно одному из вариантов способ предотвращения образования пыли из материалов в виде частиц включает нанесение на упомянутый материал в виде частиц средства для борьбы с пылью, содержащего смесь приблизительно от 45 до 90 мас.% глицерина, приблизительно от 5 до 50 мас.% воды и приблизительно от 2 до 15 мас.% растворимой в воде соли.
Средство, применимое в четвертом аспекте данного заявляемого изобретения, представляет собой средство согласно первому аспекту данного заявляемого изобретения либо средство согласно второму аспекту данного заявляемого изобретения.
Было установлено, что средство согласно данному изобретению является высокоэффективным для борьбы с пылью, превосходя по своим свойствам, включающим подавление образования пыли в окружающем воздухе, многие средства для борьбы с пылью при любой температуре.
В том случае, когда подавление пыли является основным фактором, обычно предпочтительно, чтобы средство согласно данному изобретению включало при его нанесении порядка приблизительно от 20 до 80 мас.% глицерина.
Целью последующих примеров и вышеприведенного описания является раскрытие предпочтительных вариантов и полезности данного изобретения, представленных в прилагаемой формуле изобретения, а не его ограничение.
Примеры
Пример 1. Борьба с пылью
Раствор необработанного, водного глицерина получают в качестве данного средства от процесса синтеза биодизельного топлива с использованием соевого масла или масла canola в качестве сырья, добавляя при этом метанол и гидроксид натрия в качестве дополнительных реагентов, в известных, коммерческих условиях. Полученный компонент необработанного глицерина отделяют обычным способом и нейтрализуют хлористоводородной кислотой. Согласно данному варианту полученный раствор необработанного глицерина содержит около 80 мас.% глицерина, приблизительно от 10 до 11 мас.% воды, около 7 мас.% хлорида натрия и приблизительно от 1 до 2 мас.% жирных кислот и их метиловых эфиров.
Полученное средство в качестве агента для борьбы с пылью наносят на грязную дорогу, расположенную на участке для переработки песка и гравия. Первоначально наносимое средство представляет собой смесь около 70 мас.% полученного выше продукта и около 30 мас.% добавленной воды. Через четыре недели наносят "поддерживающую дозу", представляющую собой смесь около 20 мас.% полученного продукта и около 80 мас.% воды, для поддержания желательного уровня борьбы с пылью. Достигнутый уровень борьбы с пылью считается приемлемым, и заказчик делает большой заказ на полученный продукт, чтобы использовать его в качестве средства для борьбы с пылью на такой грязной дороге.
Продукт может быть разбавлен водой до любой степени, обеспечивающей желательное действие.
Пример 2. Борьба с замерзанием
Для операторов электростанции получение смерзшегося в агломерированные глыбы угля является нежелательным, поскольку их трудно разгружать и необходимо разбивать перед использованием в качестве топлива для котлов электростанции.
Уголь перевозят в открытых железнодорожных вагонах с углеперерабатывающего завода до электростанции, при этом известно, что во время зимних месяцев при температурах ниже точки замерзания уголь прибывает в течение одной-двух недель во влажном замороженном состоянии, что весьма затрудняет его обработку.
В течение декабря 2003 г. раствор необработанного глицерина из примера 1 разбавляли водой и наносили на уголь, загружаемый в открытые железнодорожные вагоны, при помощи распылительной насадки, распыляющей раствор необработанного глицерина в момент, когда уголь сходит с конвейерной ленты и падает в железнодорожный вагон. Наносимый раствор включал приблизительно от 60 до 65 мас.% раствора необработанного глицерина и приблизительно от 35 до 40 мас.% добавленной воды. Количество наносимого средства составляет приблизительно от двух до четырех пинт на тонну угля.
Операторы электростанции сразу же заметили снижение количества смерзшегося или "агломерированного" угля и попросили регулярно наносить данное средство в течение зимних месяцев.
Обработанный подобным образом уголь по существу не прилипает к металлической конвейерной ленте при его транспортировке в условиях ниже точки замерзания. Конвейерная лента может быть также непосредственно обрызгана раствором из примера 1, подавляющим нарастание льда.
Вышеприведенная часть описания служит только для иллюстрации, а не ограничения объема данного изобретения, представленного в прилагаемой формуле изобретения.