Результат интеллектуальной деятельности: АНТИПИРОГЕННЫЙ РЕАГЕНТ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ УГЛЯ

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.

Известна огнезащитная композиция, описанная в патенте на изобретение №2526063, опубликованном 20.06.2013 г., выбранная в качестве прототипа, включающая терморасширяющийся графит, стирол-акриловую дисперсию, антипирен - полифосфат аммония, а также функциональные добавки - каолин для повышения стойкости к воздействию влаги, этиленгликоль для снижения минимальной температуры пленкообразования, пеногаситель на основе парафина и уретановый загуститель в качестве структурообразующего агента и реологической добавки, при следующем соотношении компонентов, мас. %: аммония полифосфат 5-15; окисленный графит - 10-20; каолин - 5-15; дисперсия стирол-акрила - 45-60; пластификатор (хлорпарафин, ХП-470, ХП-70) - 0,5-5; пеногаситель - 0,1-1; уретановый загуститель - 0,1-0,8; этиленгликоль - 0,5-5; вода - остальное.

Достоинством данной огнезащитной композиции является повышение огнезащитной эффективности покрытия за счет улучшения адгезии, снижения температуры пленкообразования материала, снижения токсичности продуктов горения и повышения стойкости к воздействию жидких сред в процессе эксплуатации.

Недостатком данной огнезащитной композиции является то, что она предназначена для нанесения огнезащитного покрытия на одиночный кабель, пучок кабелей или кабельные линии при строительстве различных зданий и сооружений для обеспечения нераспространения пламени по поверхности кабеля, кроме того, недостатком данной композиции является достаточно высокая химическая активность, высокая смываемость и невысокая морозостойкость.

Техническим результатом заявляемого антипирогенного реагента для хранения и транспортировки угля является понижение пожароопасности (понижение химической активности), увеличение кратности использования (уменьшение смываемости - уменьшение периодов обработки между загрузками сырья), понижение температуры замерзания.

Технический результат достигается тем, что в антипирогенном реагенте для хранения и транспортировки угля, содержащем смесь хлорпарафина ХП-470 - 20,0-30,0 мас. % и остальное до 100 мас. % пылеподавителя калийных солей в виде смеси моноэтиленгликоля - не более 5,0 мас. %, диэтиленгликоля - 20 мас. %, триэтиленгликоля - 20 мас. %, тетраэтиленгликоля - 10 мас. %, пентаэтиленгликоля - 10 мас. % с моноэтиловыми эфирами три- и тетраэтиленгликолей - не более 30,0 мас. % в воде - не более 5,0 мас. %.

Антипирогенный реагент для хранения и транспортировки угля содержит смесь хлорпарафина ХП-470 - 20,0-30,0 мас. % и остальное до 100 мас. % пылеподавителя калийных солей в виде смеси моноэтиленгликоля - не более 5,0 мас. %, диэтиленгликоля - 20 мас. %, триэтиленгликоля - 20 мас. %, тетраэтиленгликоля - 10 мас. %, пентаэтиленгликоля - 10 мас. % с моноэтиловыми эфирами три- и тетраэтиленгликолей - не более 30,0 мас. % в воде - не более 5,0 мас. %.

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 хранения и транспортировки угля 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.

Хлорпарафин ХП-470 СТО 00203275-234-2009, химическая формула C_nH_2n+2-xCl_x, прозрачная маслянистая жидкость от желтоватого цвета без механических примесей, выполняет функцию компонента-антипирогена, создавая на поверхности, обрабатываемого материала диффузионный барьер, который уменьшает сорбцию кислорода углем. Призводитель АО «Каустик», г. Волгоград.

Пылеподавитель калийных солей изготавливают по ТУ 2422-083-05766801-98.

Пылеподавитель калийных солей состоит из смеси следующих соединений в воде:

моногликоль - HOCH₂CH₂OH или C₂H₆O_2,

дигликоль - Н(ОСН₂СН₂)₂OH или C₄H₁₀O_3,

тригликоль - Н(ОСН₂СН₂)₃ОН или C₆H₁₄O_4,

тетрагликоль - Н(ОСН₂СН₂)₄OH или C₈H₁₈O_5,

пентагликоль - Н(ОСН₂СН₂)₅OH или C₁₀H₂₂O_6,

моноэтиловый эфир триэтиленгликоля - С₂Н₅(ОСН₂СН₂)₃ОН или C₈H₁₈O_4,

моноэтиловый эфир тетраэтиленгликолей - С₂Н₅(ОСН₂СН₂)₄OH или C₁₀H₂₂O₅.

Внешний вид - вязкая жидкость темного цвета. Массовая доля моноэтиленгликоля - не более 5,0 мас. %, диэтиленгликоля - 20 мас. %, триэтиленгликоля - мас. 20%, тетраэтиленгликоля - 10 мас. %, пентаэтиленгликоля - 10 мас. %. Массовая доля моноэтиловых эфиров три- и тетра- этиленгликолей - не более 30,0 мас. %. Массовая доля воды - не более 5,0 мас. %. 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. Кроме того, понижает температуру замерзания состава, что позволяет применять антипирогенный состав круглогодично. Производитель: ПАО «НижнеКамсмкНефтеХим».

Предлагаемый антипирогенный реагент по механизму оказывает следующее действие: хлорпарафин ХП-470, создавая на поверхности обрабатываемого материала диффузионный барьер, который уменьшает сорбцию кислорода углем, 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, понижает температуру замерзания состава.

Сущность изобретения поясняется примерами.

Пример №1

Хлорпарафин ХП-470 - 20,0% смешиваем с составом смеси пылеподавителя калийных солей в виде смеси моно-, ди-, три-, тетра-, пентаэтиленгликолей с моноэтиловыми эфирами три- и тетраэтиленгликолей в воде - 80,0%.

Технология смешивания: Температурный режим от -10 до +30°С, при атмосферном давлении.

Смешивание состава происходит в установке по смешиванию жидких компонентов с лопастной мешалкой.

Пример №2

Хлорпарафин ХП-470 - 20,0% смешиваем с составом смеси пылеподавителя калийных солей в виде смеси моно-, ди-, три-, тетра-, пентаэтиленгликолей с моноэтиловыми эфирами три- и тетраэтиленгликолей в воде - 75,0%.

Технология смешивания: Температурный режим от -10 до +30°С, при атмосферном давлении.

Смешивание состава происходит в установке по смешиванию жидких компонентов с лопастной мешалкой.

Пример №3

Хлорпарафин ХП-470 - 20,0% смешиваем с составом смеси пылеподавителя калийных солей в виде смеси моно-, ди-, три-, тетра-, пентаэтиленгликолей с моноэтиловыми эфирами три- и тетраэтиленгликолей в воде - 70,0%.

Технология смешивания: 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 выбран состав из Примера №1.

При использовании заявляемых составов химическая активность по сравнению с аналогом уменьшается: для Примера №1 в 5 раз; для Примера №2 в 6 раз; для Примера №3 в 10 раз.

По сравнению с прототипом химическая активность уменьшается: для Примера №1 в 1,67 раз; для Примера №2 в 2 раза; для Примера №3 в 3,3 раза.

Концентрация ХП-470 сказывается на двух следующих показателях - смываемости водой при нанесении на 1 м² поверхности и на кратности использования разового покрытия (количество рейсов без дополнительной обработки). Увеличивается кратность использования в 12 раз Примера №1 по сравнению с аналогом и в 4 раза по сравнению с прототипом. В сравнении с аналогом Примера №1 смываемость меньше в 89,5 раза, в сравнении с прототипом Примера №1 меньше в 49,5 раза.

Температура замерзания для Примера №1 - 43 градуса, для аналога - 5 градусов, для прототипа -20 градусов.

В заявляемом изобретении понижается пожароопасность (понижается химическая активность), увеличивается кратность использования (уменьшение смываемости - уменьшение периодов обработки между загрузками сырья), понижается температура замерзания, возможность хранения и использования антипирогенного состава при пониженных температурах за счет того, что в антипирогенном реагенте для хранения и транспортировки угля содержится смесь хлорпарафина ХП-470 - 20,0-30,0 мас. % и остальное до 100 мас. % пылеподавителя калийных солей в виде смеси моноэтиленгликоля - не более 5,0 мас. %, диэтиленгликоля - 20 мас. %, триэтиленгликоля - 20 мас. %, тетраэтиленгликоля - 10 мас. %, пентаэтиленгликоля - 10 мас. % с моноэтиловыми эфирами три- и тетраэтиленгликолей - не более 30,0 мас. % в воде - не более 5,0 мас. %.