CN101224375B

CN101224375B - 一种吸收瓦斯的吸收剂组合物

Info

Publication number: CN101224375B
Application number: CN2007101763170A
Authority: CN
Inventors: 张增志
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT; China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2027-10-24
Also published as: CN101224375A

Abstract

本发明公开了一种吸收瓦斯的吸收剂组合物。该组合物含有按质量计的表面活性剂0.1～9％和第二组分0.1～15％；其它成分为水；其中，所述的表面活性剂为司盘80、吐温80、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种；所述的第二组分为醋酸、次氯酸钠、乙酸钠中的至少一种。本发明实施例的吸收剂组合物，将表面活性剂、第二组分和水按特定质量比例组成一种吸收剂，其中表面活性形成的聚合体胶束提供了一种相对较大的非极性微环境，这种微环境可作为有机化合物的分配介质，大大提高了有机化合物(包括甲烷)的溶解度。该吸收剂在矿井等易发生瓦斯爆炸的场所喷洒后，可有效吸收空气中的瓦斯，消除爆炸隐患，保证了矿井作业的安全。

Description

一种吸收瓦斯的吸收剂组合物

技术领域

本发明涉及一种能高效即时吸收瓦斯的吸收剂组合物。

背景技术

瓦斯是一种有毒的混合气体，也即俗称的沼气，主要含有甲烷和一氧化碳两种气体，常产生在煤矿等矿井之中，在煤矿矿井里它从煤岩裂缝中喷出，瓦斯如遇到明火，即可燃烧，发生瓦斯爆炸。

瓦斯爆炸必须同时具备3个条件：一是瓦斯的浓度。在新鲜空气中，当瓦斯浓度达到5％～15％时，就达到爆炸浓度，也称爆炸界限。二是氧气的浓度。氧气的作用是助燃，当空气中氧气的浓度超过12％时，就可使瓦斯爆炸，这是最容易获得的条件，因为在正常通风风流中氧气的浓度通常大于20％。三是具有引燃引爆瓦斯的高温热源。在新鲜空气中，瓦斯的引燃温度为650～750℃。

煤与瓦斯突出是采煤过程中发生的严重自然灾害之一，是煤矿井下采煤过程中发生的一种煤与瓦斯的突然运动，是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象。它能在很短的时间几秒钟到几分钟内使采掘工作面的煤壁遭到破坏并从煤壁内部突然向采掘空间喷出大量的煤和瓦斯，在煤体中形成某种特殊形状的孔洞，喷出煤和瓦斯时伴随着强大的冲击力能摧毁各种设施破坏通风系统，突出物会造成埋人，破坏设施，突出的瓦斯使人窒息，或引起瓦斯爆炸，造成严重的人员伤亡和矿井损毁事故。

瓦斯爆炸直接威胁着矿工的生命安全。因此，矿井工作中对瓦斯十分重视，现在采取的对瓦斯处理的安全措施有加强井下通风，煤层注水防治瓦斯，限制井下明火，增加瓦斯检测报警器等方式。

还有一种采用隔爆水棚的方式：隔爆水棚的作用是在爆炸发生以后，爆炸冲击波将水棚击碎，使水棚储水喷溅出来，水在瓦斯燃烧爆炸的过程中吸热被蒸发为水蒸气，从而提供了冷却火焰和降低体系温度的作用，另外弥散的小液滴增加了体系的多元碰撞点，有效降低了体系微观反应活性，在一定的空间里就提供了一个惰性氛围，抑制了瓦斯爆炸的链反应。

从上述现有的对空气中的瓦斯进行处理的方法中，发明人发现至少存在下述问题：

(1)其中加强井下通风虽然可以降低空气中瓦斯的浓度，但井下通风需通过通风系统来实现，而通风系统存在结构复杂、稳定性差、风流调节与控制困难等问题，常出现通风不畅，使矿井内瓦斯的浓度增高，进而达到爆炸的危险；如增加风量来降低空气中瓦斯的浓度，则由于风速太大会加速采空区煤炭自然发火，扬起煤尘，恶化生产环境，甚至引起煤尘爆炸，而且这种处理方式存在时间差，对瓦斯瞬时突出不起作用，无法即时解除爆炸危险。

(2)煤层通过钻孔将压力水注入尚未开采的工作面煤体中，通过注水可有效降低煤体强度，增加煤体的裂隙发育和水分，使煤体预先得到湿润。但仍然只起到了预防作用，存在时间差，并且耗水量较大，无法根本治理瓦斯突出。

(3)限制井下明火是防止人为点燃瓦斯，是对瓦斯预防处理，而不是对空气中的瓦斯直接处理，并未使空气中瓦斯的浓度降低，而且井下明火很难避免。

(4)增加瓦斯检测报警器则是通过检测来提醒井下的矿工，是一种报警措施，也无法即时解决空气中已存在瓦斯的问题。

(5)隔爆水棚是一种爆炸发生后的被动补救措施，且多数情况下只能阻碍爆炸，并不能扑灭爆炸，更无法消除潜在的瓦斯爆炸隐患。

发明内容

本发明实施例提供了一种吸收瓦斯的吸收剂组合物，当瓦斯浓度超过爆炸极限时，通过高压喷射装置喷射该吸收剂，瞬时降低瓦斯浓度，消除因瓦斯浓度超限存在的潜在瓦斯爆炸的危险。解决了现有对空气中瓦斯的处理手段均为预防或监测性质，并且不具备实时性，不能直接清除瓦斯或降低空气中的瓦斯含量来防止瓦斯爆炸的问题。

本发明提供的技术解决方案为：

本发明实施例提供一种吸收瓦斯的吸收剂组合物，含有按质量计的表面活性剂0.1～9％和第二组分0.1～15％；其它成分为水；

其中，所述的表面活性剂为司盘80、吐温80、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种；所述的第二组分为醋酸、次氯酸钠、乙酸钠中的至少一种。

其中表面活性剂选用司盘80，其质量分数为5％，第二组分选用次氯酸钠，其质量分数为1％，其它成分为水。

其中表面活性剂选用十二烷基硫酸钠，其质量分数为1％，第二组分选用乙酸钠，其质量分数为1％，其它成分为水。

其中表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠，其质量分数为0.1％，第二组分选用醋酸，其质量分数为1％，其它成分为水。

其中表面活性剂选用吐温80，其质量分数为5％，第二组分选用乙酸钠，其质量分数为1％，其它成分为水。

其中表面活性剂选用吐温80，其质量分数为5％，第二组分选用乙酸钠，其质量分数为15％，其它成分为水。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例的吸收剂组合物，将表面活性剂、第二组分(醋酸、次氯酸钠、乙酸钠中的至少一种)和水按特定质量比例组成一种吸收剂，其中表面活性剂单分子的亲水基团朝向水相，与水接触，而亲油基团则互相聚集在一起形成聚合体。表面活性剂胶束提供了一种相对较大的非极性微环境，这种微环境可作为有机化合物的分配介质，大大提高了有机化合物(包括CH4)的溶解度。该吸收剂可以通过高压喷射装置喷洒后即时吸收主要含量为甲烷的瓦斯，使空气中的瓦斯浓度降低或清除，消除了潜在瓦斯爆炸的危险。该吸收剂在矿井等易发生瓦斯爆炸的场所使用时，可达到高效即时吸收空气中瓦斯的作用，保证了矿井作业的安全。

具体实施方式

本发明提供了一种吸收瓦斯的吸收剂组合物，其主要是利用表面活性剂、第二组分和水组成吸收剂，其中表面活性剂选自司盘80、吐温80、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种；第二组分选自醋酸、次氯酸钠、乙酸钠中的至少一种，将这两种成分与作为稀释剂的水组成吸收剂，当矿井内瓦斯浓度超过爆炸极限时，通过高压喷射装置喷射该吸收剂，瞬时降低瓦斯浓度，消除因瓦斯浓度超限存在的潜在瓦斯爆炸的危险，从而达到阻爆效果，达到高效即时处理瓦斯的目的。其中，喷射装置可以是任意一种压力喷嘴和相关装置，其压力来源为乳化液压力站或者高压水射流灭尘压力站等。

下面结合具体的实施过程及应用进行详细说明。

实施例一

本发明的吸收瓦斯的吸收剂组合物，主要含有按质量计的表面活性剂0.1～9％和第二组分0.1～15％；其它成分为水，水作为稀释剂；

其中，所述的表面活性剂包括：司盘80、吐温80、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种；所述的第二组分包括：醋酸、次氯酸钠、乙酸钠中的至少一种。

考虑成本及吸收效果，其中表面活性剂优选司盘80，其质量分数为5％，第二组分优选次氯酸钠，其质量分数为1％，其它的成分为水，这种配比组成的吸收剂，对瓦斯的主要成份甲烷的吸收体积比达到了4.98，达到了较好的吸收效果。

其中所述的司盘80(Span-80)亦称聚山梨醋80(POLYSORBATE80)分子式：C24H44O6，分子量为428.59。为琥珀色至棕色油状粘稠油状物，相对密度1.029，熔点10～12℃，闪点210℃，有脂肪气味，味微苦略涩，不溶于水，可在水中分散，溶于热油及多种有机溶剂，是水溶性的乳化剂，非离子表面活性剂。少量溶于异丙醇、四氯乙烯、二甲苯、棉子油、矿物油等，属高级亲油型乳化剂。

其中所述的次氯酸钠的分子式是Naclo，又称漂白液。为浅黄色透明液体，稍带刺激性气味，属于强碱弱酸盐，它清澈透明，是一种能完全溶解于水的液体。易溶于水生成烧碱和次氯酸。但由于次氯酸钠液不易久存，次氯酸钠多以电解低浓度食盐水现场制备。固态次氯酸钠为白钯粉未，在空氯中极不稳定。受热后迅速自行分解，在碱性状态时较稳定。一般工业品是无色或淡黄色液体，含有效氯为100-140g/l。易溶于水生成烧碱和次氯酸，次氯酸再分解生成氯化氢和新生氧气，因新生氧的氧化能力很强，所以次氯酸钠是强氧化剂。其稳定度受光、热、重金属阳离子和PH值的影响，具有刺激气味。

其中作为表面活性剂的司盘80在一定浓度下能自发形成动力束，常称之为胶束〔micelle)。这一点是表面活性剂和其它有表面活性物质区别的重要因素。表面活性剂不仅会在液相形成胶束，而且会在固相表面积累形成胶束态(称之为Admicelle或Hemimicelle)。表面活性剂开始形成胶束的浓度称为临界胶束浓度(CMC)。不同表面活性剂的临界胶束浓度有较大差别，CMCs值通常在。1～10mmol/L间。在胶束中，表面活性剂单分子的亲水基团朝向水相，与水接触，而亲油基团则互相聚集在一起形成聚合体。表面活性剂胶束提供了一种相对较大的非极性微环境，这种微环境可作为有机化合物的分配介质，大大提高了有机化合物(包括CH4，即甲烷的处理)的溶解度。

经试验司盘80在浓度为5％时，且次氯酸钠浓度在1％时组成的吸收剂，对瓦斯的主要成份甲烷的吸收体积比达到了4.98(甲烷体积分数％)(见表3.2)，它比单独使用浓度为1％的司盘80溶液对甲烷的吸收体积比2.86(甲烷体积分数％)(见表1)，或者单独使用浓度为5％的次氯酸钠溶液对甲烷的吸收体积比2.86(甲烷体积分数％)(见表2)均高出了近一倍，将该吸收剂喷洒到大量含有瓦斯的空气中时，可达到对甲烷的吸收的目的，可实现基本清除空气中的瓦斯。

实施例二

具体配制该瓦斯吸收剂组合物时，将表面活性剂与第二组分复配成水溶液，其中所用的表面活性剂优选使用司盘80，其质量分数为1％，第二组分优选使用次氯酸钠，其质量分数为12％，其它成分为水。该复配后的吸收剂水溶液比单独使用相同浓度的司盘80水溶液或次氯酸钠水溶液对甲烷的吸叫体积比均有大幅提高。司盘80水溶液或次氯酸钠水溶液对甲烷的吸叫体积比见表1、表2和表3.2中的实验对比数据。

实施例三

该瓦斯吸收剂组合物，具体使用的表面活性剂可选用司盘80，其质量分数为3％，第二组分优选次氯酸钠，其质量分数为9％，其它成分为水。

实施例四

该瓦斯吸收剂组合物制备时，其中所用的表面活性剂选用十二烷基硫酸钠，其质量分数为1％，第二组分选用醋酸，其质量分数为1％，其它成分为水。十二烷基硫酸钠与醋酸复配后形成的吸收剂水溶液比单独使用相同浓度的司盘80水溶液或次氯酸钠水溶液对甲烷的吸叫体积比均有大幅提高。三种吸收剂溶液对甲烷的吸叫体积比的实验数据见表1、表2和表3.1。

实施例五

该瓦斯吸收剂组合物制备时，其中所用的表面活性剂选用吐温80，其质量分数为1％，其质量分数为0.1％，第二组分选用乙酸钠，其质量分数为1％，其它成分为水。当表面活性剂使用吐温80时，将其与乙酸钠复配可达到较好的对甲烷的吸收效果，具体对比数据结合表1、表2和表3、2

实施例六

该瓦斯吸收剂组合物制备时，其中所用的表面活性剂可选用吐温80，其质量分数为1％，第二组分选用乙酸钠，其质量分数为15％，其它成分为水。当第二组分选用乙酸钠时，其使用量达到15％时，与1％的吐温80复配成吸收剂溶液，喷洒使用后也可以达到对甲烷的理想吸叫效果。

下面通过不同的实验数据，来说明含有表面活性剂和第二组分成分的不同浓度的吸收剂对瓦斯中主要有害成分甲烷的吸收情况。

错误！未找到引用源。首先通过配制不同浓度的表面活性剂水溶液，经雾化喷射吸收甲烷后，通过气相色谱分析，得到甲烷吸收体积比，其中体积分数越大，吸收效果越好，以此来确定本发明中使用的单一的表面活性水溶液对瓦斯主要成份甲烷的吸收效果。

表1为不同浓度的表面活性剂水溶液吸收甲烷的对比表：

表1

从上表可以看出：

(1)十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠溶液均为浓度较低时，对甲烷的吸收效果较好，分别是1％和0.1％时达到最好；吐温80和司盘80溶液基本上是随着溶液浓度的升高，吸收量增大，浓度5％比低浓度吸收效果都要好；

(2)在相同浓度下0.1％和3％时十二烷基苯磺酸钠溶液的吸收体积分数均比其它溶液要高；浓度为1％时十二烷基硫酸钠的吸收量最大；而5％时吐温80溶液的吸收效果最好；

综上所述，并考虑到十二烷基硫酸钠比十二烷基苯磺酸钠的成本低，实验时选取吸收效果较差和较好的两种浓度0.1％和5％的十二烷基硫酸钠、吐温80、司盘80溶液进行下一步的瓦斯吸收剂的复配试验。

表2为本发明选用的第二组分对甲烷的吸收情况对比表：

表2

错误！未找到引用源。将表面活性剂与第二组分按本发明的比例复配后测试其对甲烷的吸收效果。具体见表3.1和表3.2。

表3.1

表3.2

从上述实验数据的表中，可以看出组成本发明瓦斯吸收剂组合物的表面活性剂和第二组分复配后形成的水溶液吸收剂，对瓦斯主要成份甲烷可以达到瞬时的有效吸收，比单独使用一种表面活性剂或一种无机盐类形成的水溶液有较大的提高，将该吸收剂通过高压喷射装置喷洒到含有瓦斯的空气中，溶液中的表面活性剂与无机盐配合可瞬时吸收捕捉瓦斯，降低瓦斯浓度，达到阻止爆炸的目的。通过调节表面活性剂和第二组分在稀释剂中的不同浓度，可达到对瓦斯的最佳吸收效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种吸收瓦斯的吸收剂组合物，其特征在于：含有按质量计的表面活性剂0.1～9％和第二组分0.1～15％；其它成分为水；

2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：其中表面活性剂选用司盘80，其质量分数为5％，第二组分选用次氯酸钠，其质量分数为1％，其它成分为水。

3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：其中表面活性剂选用十二烷基硫酸钠，其质量分数为1％，第二组分选用乙酸钠，其质量分数为1％，其它成分为水。

4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：其中表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠，其质量分数为0.1％，第二组分选用醋酸，其质量分数为1％，其它成分为水。

5.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：其中表面活性剂选用吐温80，其质量分数为5％，第二组分选用乙酸钠，其质量分数为1％，其它成分为水。

6.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：其中表面活性剂选用吐温80，其质量分数为5％，第二组分选用乙酸钠，其质量分数为15％，其它成分为水。