CN103740212A - 一种防治电厂褐煤自燃的化学阻燃剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防治电厂褐煤自燃的化学阻燃剂。目前还没有一种专用于对褐煤进行阻燃，阻燃效果好，符合电厂环保要求的防治电厂褐煤自燃的化学阻燃剂。本发明的特点在于：该化学阻燃剂由A成分、B成分、C成分和水组成，所述A成分为高分子吸水树脂，B成分为表面活性剂，C成分为成膜剂；所述A成分的质量百分数为0.5-1%，B成分的质量百分数为0.1-0.5%，C成分的质量百分数为0.1-0.5%，余量为水；所述化学阻燃剂的pH值在5.0-7.0之间。本发明专用于对褐煤进行阻燃，阻燃效果好，符合电厂环保要求的防治电厂褐煤自燃的化学阻燃剂。

Description

一种防治电厂褐煤自燃的化学阻燃剂

技术领域

本发明涉及一种化学阻燃剂，尤其是涉及一种防治电厂褐煤自燃的化学阻燃剂，在褐煤堆积和运输的过程中能够起到阻燃的作用，专用于对褐煤进行阻燃。

背景技术

褐煤在堆积和运输的过程中，会因氧化作用而使煤的灰分升高，固定炭和热值下降，降低了煤的质量，煤炭自燃还会造成大量的煤白白烧掉。如福建电厂燃烧的褐煤，煤场经常有十五天以上的正常用量，因储煤时间过长而经常发生自燃，有时出现几处地方同时发生自燃的情况。阴燃的褐煤被送到输送和研磨设备上后，会造成燃烧和爆炸的事故。煤自燃既是重大的隐患，也降低了煤的经济价值，同时煤的自燃还将放出大量的SO₂，CO₂、NO_x、H₂S和CO等有害气体和大量的烟尘，煤中的有机物在氧化分解过程中还会生成一定量的苯并笓等有毒物质，这些气体将污染大气环境，对人体健康、动植物生长、水体和土壤环境造成不同程度的损害，因此，防治煤自燃具有十分重要的意义。

目前一般采用向煤堆中喷洒阻燃剂的方法来防治煤自燃，常用的阻燃剂主要有卤盐阻燃剂（如：CaCl₂、MgCl₂等）、铵盐阻燃剂（如：碳酸氢胺、氯化铵等）、氢氧化钙阻燃剂、硅凝胶和高聚物阻燃剂等，近年来，又出现了新型凝胶阻燃剂、新型泡沫阻燃剂等。

现有的阻燃剂因成分的不同而各有其优缺点，如卤盐吸水液阻化剂(如CaCl₂、MgCl₂、NaCl和AlCl₃等的水溶液)主要是一些吸水性很强的无机盐类，它们能使煤体长期处于潮湿状态或形成一层水膜层隔绝氧气，利用水分蒸发吸收大量的热量，减小煤堆的升温速率，从而中断或减缓自由基链反应的连续进行，在一定程度上可抑制煤的自燃；但是，该卤盐吸水液阻化剂具有负催化作用，即煤的自由基链式反应中加入吸水盐类阻化剂，生成稳定的链环，减缓或抑制煤氧气与表面活性自由基团的反应速率。此外，无机阻化剂阻化寿命较短，在阻化前期作用明显，到后期就会慢慢失去阻化效果，需要反复喷洒，这样就会增加煤种的碱金属含量，对锅炉燃烧造成影响。

铵盐阻化剂的类型很多，常用的有氯化铵、磷酸二氢铵和碳酸氢铵的水溶液等，如公开日为2012年07月04日，公开号为CN102532600A的中国专利中，公开了一种三聚氰铵盐阻燃剂，该阻燃剂为含有四氢呋喃环结构的膦酸三聚氰铵盐，添加该三聚氰铵盐阻燃剂不会降低聚酰胺的粘度。铵盐阻化剂在加热的情况下都会发生分解反应，每一步都是吸热反应，能够吸收煤体的一部分热量，降低煤炭温度，起到冷却的作用；挥发出来的游离氨也能够捕获煤氧化链反应中的自由基OH基，从而阻止氧化反应的继续，起到抑制煤炭自燃的作用。同时，碳酸氧铵加热后产生CO₂，可稀释煤体表面的氧气浓度。磷酸二氢铵的分解产物能在煤体表面形成一层结构稳定的交联状固体物质或者碳化层薄膜，冷却后变为脆性覆盖物，具有隔氧的功能。但是，铵盐会分解产生NH₃、HCl等有害气体，会对环境造成污染。

对于高硫褐煤来说，应选择能阻碍或中断黄铁矿氧化反应的阻化剂。高硫煤(主要富含黄铁矿FeS₂)发生自身氧化循环反应，主要产物是H₂SO₄和Fe₂(SO₄)₃。反应产物以及没有反应的Ca(OH)₂在黄铁矿表面构成一层亲水性膜，抑制黄铁矿的氧化，使氧化循环反应发生中断，从而达到阻化的目的。但Ca(OH)₂在水中的溶解度小，与水混合后容易形成固液混合物，可对泵以及封孔器产生破坏作用，还会阻塞煤体空隙。另外，Ca(OH)₂具有强碱性、强腐蚀性，对设备的耐腐蚀性要求高。

以水玻璃为基料形成的硅凝胶类阻化剂，其促凝剂用量较大，在扑灭大范围的火灾时，材料运输极为不便，妨碍了灭火进程，所添加的强氧化剂破坏煤体中的活性结构和基团，降低煤的品质。现在使用的有机氮系阻燃剂、有机卤系阻燃剂在高温燃烧后会放出NO_X、二苯呋喃等对大气和人体有害的物质；有机磷系阻燃剂大多数是液体，挥发性大，耐热性差，在后期易失去阻燃效果。

综上所述，目前还没有一种专用于对褐煤进行阻燃，阻燃效果好，符合电厂环保要求的防治电厂褐煤自燃的化学阻燃剂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种专用于对褐煤进行阻燃，阻燃效果好，符合电厂环保要求的防治电厂褐煤自燃的化学阻燃剂。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该防治电厂褐煤自燃的化学阻燃剂的特点在于：该化学阻燃剂由A成分、B成分、C成分和水组成，所述A成分为高分子吸水树脂，B成分为表面活性剂，C成分为成膜剂；所述A成分的质量百分数为0.5-1%，B成分的质量百分数为0.1-0.5%，C成分的质量百分数为0.1-0.5%，余量为水；所述化学阻燃剂的pH值在5.0-7.0之间。本发明中的A成分能够吸收其自身重量数百倍、甚至上千倍的水，并且具有很强的保水能力，它是具有很多亲水基团的低交联度或部门结晶的高分子聚合物，它通过不断从空气中吸收水分使煤体一直保持湿润，形成水溶液保护膜，可以在一定程度上隔绝空气和煤体水分表面水分散失；本发明中选择吸水能力越强的高分子吸水树脂效果越好，一般吸水能力在500倍以上的就能达到所需的效果；本发明中最佳添加的质量百分数为1%。本发明中的B成分是通过降低水溶液的表面张力，可以使阻燃剂溶液快速覆盖在煤体表面，并有效渗透到煤内部孔隙中，使空气中的氧气与煤表面隔绝，阻止煤的活性官能团被氧化，抑制褐煤低温氧化；表面活性剂包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂；一般非离子表面活性剂和离子型表面活性剂复配使用，当作为一种主要成分和阴离子表面活性剂配合使用时，即使加入量很少，也能大大增加体系的溶合性，另外从经济、方便的角度考虑，选择脂肪酸甘油酯、司盘、吐温中的一种与十二烷基苯磺酸钠复配；本发明中表面活性剂最佳添加的质量百分数为0.1%。本发明中C成分能够促进阻燃剂在煤体表面形成一层粘附性高，且具有一定延伸性、柔软性和耐水性等的连续均匀薄膜一类的材料，隔绝氧气与煤表面接触，并可以有效抑制煤体中的水分散失；本发明中的成膜剂可以选择蛋白成膜剂、丙烯酸树脂成膜剂、丁二烯树脂成膜剂中的一种或多种，成膜剂的最佳添加的质量百分数为0.5%。

作为优选，本发明所述A成分的吸水能力在500倍以上。

作为优选，本发明所述A成分为聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩醛、高强度淀粉胶、聚乙烯醇、聚丙烯酯、聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物和乙酸乙烯/丙烯酸酯共聚物中的一种或两种以上的混合物。

作为优选，本发明所述B成分为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯、斯盘、吐温、α-烯基磺酸钠、丙二酸甲醚醋酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚和月桂醇聚氧乙烯醚中的一种或两种以上的混合物。

作为优选，本发明所述C成分为乙基纤维素、醋酸纤维素、过氯乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、氯乙烯-醋酸乙烯、环氧树脂、邻苯二甲酸二丁脂、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸铵盐中的一种或两种以上的混合物。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：选择高分子吸水树脂、表面活性剂和成膜剂为主要成分，制备基于高分子有机物的阻燃剂，优点如下：（1）是褐煤专用阻燃剂，褐煤表面活性官能团多为含氧官能团，具有较好的亲水性，本发明基于高分子有机物的褐煤阻燃剂能够更有效的与褐煤表面结合，并渗透到褐煤内部孔隙中。（2）主要成分是高分子有机树脂，不含N、P和卤族元素，符合电厂环保要求。（3）本发明的阻燃剂能够在煤体表面形成一层保护层，通过覆盖煤的表面活性中心来减少煤氧接触的机会，并且带入大量水分，利用水分蒸发吸收大量的热量，起到降温作用的同时减小煤堆的升温速率，阻止褐煤自燃发火，阻燃剂本身不会影响褐煤的表面活性官能团，进而影响褐煤的燃烧特性。

褐煤表面荷负电性在pH=8.5以下，控制阻燃剂乳液的pH在5.0-7.0，可以提高高分子树脂的吸水速率，并使成膜剂更好的发挥作用。发明的具体方法是利用高分子吸水树脂、表面活性剂和成膜剂按照一定比例配置成为pH值为5.0-7.0之间的化学阻燃剂溶液，在电厂输煤皮带运输过程中向煤表面喷洒该阻燃剂，或者在煤仓向煤堆表面喷洒该阻燃剂溶液，喷洒的用量只要能够完全润湿煤体表面即可。

本发明采用以下两种方式检验化学阻燃剂防治煤自燃的效果：（1）对煤低温氧化进行指标气体分析，阻化后CO气体在同样测试条件下产生总量下降，且下降越多，表面化学阻化效果越好。（2）利用热分析、煤自燃过程模拟和程序升温等方式对比分析煤在添加阻燃剂前和添加阻燃剂后低温氧化失水速率和产热速率，阻化后失水速率和产热速率均下降，且下降值越大，表明化学阻化效果越好。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

本发明中防治电厂褐煤自燃的化学阻燃剂由A成分、B成分、C成分和水组成，其中，A成分为高分子吸水树脂，B成分为表面活性剂，C成分为成膜剂。本发明中A成分的质量百分数为0.5-1%，B成分的质量百分数为0.1-0.5%，C成分的质量百分数为0.1-0.5%，余量为水。本发明中的化学阻燃剂的pH值在5.0-7.0之间。

本发明中的A成分的吸水能力可以在500倍以上，A成分可以为聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩醛、高强度淀粉胶、聚乙烯醇、聚丙烯酯、聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物和乙酸乙烯/丙烯酸酯共聚物中的一种或两种以上的混合物。本发明中的B成分可以为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯、斯盘、吐温、α-烯基磺酸钠、丙二酸甲醚醋酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚和月桂醇聚氧乙烯醚中的一种或两种以上的混合物；C成分可以为乙基纤维素、醋酸纤维素、过氯乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、氯乙烯-醋酸乙烯、环氧树脂、邻苯二甲酸二丁脂、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸铵盐中的一种或两种以上的混合物。

下面通过具体的实施例子对本发明进行说明，其中，实施例为实施例1-实施例9，比较例为比较例10-比较例12。

将A成分、B成分和C成分以下列质量百分比复配，喷洒到褐煤表面将煤体完全湿润，处理前后的样品煤作分析，试验结果及阻燃剂复配比例如下：A成分0.5-1%（质量百分数）的高分子吸水树脂、B成分0.1-0.5%（质量百分数）的表面活性剂和C成分0.1-0.5%（质量百分数）成膜剂。

由表5的结果表明，将A成分、B成分和C成分复配后，喷洒到褐煤表面，比A成分、B成分和C成分单独使用喷洒到褐煤表面得到的阻化率大，失水时间长，说明基于高分子有机物的褐煤阻燃剂能够有效抑制褐煤低温氧化自燃，起到阻隔空气中氧气与煤表面活性官能团接触的作用，并能充分保持煤体表面湿润。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种防治电厂褐煤自燃的化学阻燃剂，其特征在于：该化学阻燃剂由A成分、B成分、C成分和水组成，所述A成分为高分子吸水树脂，B成分为表面活性剂，C成分为成膜剂；所述A成分的质量百分数为0.5-1%，B成分的质量百分数为0.1-0.5%，C成分的质量百分数为0.1-0.5%，余量为水；所述化学阻燃剂的pH值在5.0-7.0之间。

2.根据权利要求1所述的防治电厂褐煤自燃的化学阻燃剂，其特征在于：所述A成分的吸水能力在500倍以上。

3.根据权利要求1所述的防治电厂褐煤自燃的化学阻燃剂，其特征在于：所述A成分为聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩醛、高强度淀粉胶、聚乙烯醇、聚丙烯酯、聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物和乙酸乙烯/丙烯酸酯共聚物中的一种或两种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的防治电厂褐煤自燃的化学阻燃剂，其特征在于：所述B成分为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯、斯盘、吐温、α-烯基磺酸钠、丙二酸甲醚醋酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚和月桂醇聚氧乙烯醚中的一种或两种以上的混合物。

5.根据权利要求1所述的防治电厂褐煤自燃的化学阻燃剂，其特征在于：所述C成分为乙基纤维素、醋酸纤维素、过氯乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、氯乙烯-醋酸乙烯、环氧树脂、邻苯二甲酸二丁脂、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸铵盐中的一种或两种以上的混合物。