CN104841084A - 一种低碳混合气体水合物灭火剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种低碳混合气体水合物灭火剂，由含二氧化碳的惰性混合气体与水合剂在低温高压条件下生成的一种固态水合物粉末，惰性混合气体中含有5%~10%体积的二氧化碳，其余为氮气或氩气中的任意一种或氮气与氩气任意比例混合的气体，水合剂可以是水或水溶液或干水或干溶液或冰。本发明还提供了上述灭火剂的制备方法，将惰性混合气体与水或水溶液或干水或干溶液或冰在低温高压条件下反应生成混合气体水合物，在低于-10℃的环境中粉碎成粒径小于1.0mm的水合物粉末。本发明实现了自身粉末覆盖燃烧物隔离空气、自身分解吸热降低燃烧区温度、水蒸发冷却降低可燃物温度、氮气/氩气/二氧化碳稀释或隔绝可燃物与空气接触的多重灭火效果。

Description

一种低碳混合气体水合物灭火剂及其制备方法

技术领域

本发明属于化工领域，尤其涉及一种高效清洁灭火剂，具体来说是一种低碳混合气体水合物灭火剂及其制备方法。

背景技术

在灭火系统，把氮气、二氧化碳、氩气或其混合气都称为惰性气体，详见GB20128-2006《惰性气体灭火剂》。

气体水合物是由气体与水在低温高压条件下生成的一种非化学计量的包络状结晶化合物，气体分子被包裹在水分子形成的笼型晶格中。在一定温压条件下，水合物可以实现对任意一种或几种气体的固化储存。单位体积的气体水合物可以储存160~180体积标准状况下的气体。气体水合物生成的逆过程是一个剧烈吸热的分解放气过程，其分解焓在450~500 kJ/kg，比冰的融化焓（334 kJ/kg）还要大。

含少量二氧化碳的惰性气体（氮气或氩气或二者的混合气体）水合物分解后，释放出水和低碳惰性气体，其中水是传统的清洁灭火材料，低碳惰性气体灭火剂（如IG-541）的GWP值也接近0，相比于纯二氧化碳灭火剂更加清洁环保。水灭火的机理主要在于水能覆盖在燃烧物表面，将其与周围空气隔离，同时水在燃烧物表面受热蒸发吸热，降低其温度至着火点以下，双重作用使火焰熄灭，但水的流动性很强，大部分水喷洒到燃烧物表面后，还未来得及发挥作用就流失了，隔绝燃烧物周围空气的作用不明显。传统的水系灭火剂是在水中加入吸水性颗粒、表面活性剂、增稠剂等添加剂，以提高水的灭火性能，但其成本大大增加。IG-541低碳灭火剂灭火的机理主要在于：灭火剂中的氮气能够稀释燃烧物周围的空气（氮气与空气密度接近），使氧气浓度降至15%以下，从而不能支持燃烧，使火势熄灭；氩气和二氧化碳因比空气重，还会沉入到燃烧物表面，使其与空气隔离，从而达到灭火的目的。IG-541低碳灭火剂在灭火过程中排放的气体的GWP值基本为0，但其灭火时没有考虑到对燃烧区温度的控制。

水系灭火剂流动性强导致灭火效率降低，而加入添加剂后又造成成本增加；低碳惰性气体只能从稀释空气、降低氧浓度、隔离空气等方面进行灭火。 

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种低碳混合气体水合物灭火剂及其制备方法，所述的这种低碳混合气体水合物灭火剂及其制备方法解决了现有技术中的纯二氧化碳灭火剂温室效应强、水系灭火剂附着性差、低碳惰性气体灭火剂不能降低燃烧区温度的技术问题。

本发明一种低碳混合气体水合物灭火剂，是由含二氧化碳的惰性混合气体与水合剂在低温高压条件下生成的一种固态水合物粉末，所述的惰性混合气体中含有5%~10%体积的二氧化碳，其余为氮气或氩气中的任意一种或氮气与氩气任意比例混合的气体，所述的水合剂可以是水或水溶液或干水或干溶液或冰。

进一步的，所述的惰性混合气体中含有7%~9%体积的二氧化碳。

本发明还提供了上述的一种低碳混合气体水合物灭火剂的制备方法，将混合气体充入一个高压反应容器内，所述的高压反应容器内预先放置水或水溶液或干水或干溶液或冰，所述的高压反应容器内的温度为-10~8 ℃，压力为5~12 MPa，反应完成后，取出水合物，在低于-10 ℃的环境中粉碎、筛分、分成粒径小于1.0 mm的水合物粉末即为低碳混合气体水合物灭火剂。

优选的，粒径为小于0.5 mm的水合物粉末。

优选的，本发明是气体水合物在干水或者干溶液中静态合成。

进一步的，所述的水溶液为含有水合物热力学添加剂的水溶液，在所述的水溶液中，水合物热力学添加剂的质量百分比浓度为0.5%~50%。

进一步的，所述的水溶液为含有水合物动力学添加剂的水溶液，在所述的水溶液中，水合物动力学添加剂的质量百分比浓度为0.01%~0.5%。

进一步的，所述的水溶液为含有水合物热力学添加剂和水合物动力学添加剂的水溶液。在所述的水溶液中，水合物热力学添加剂的质量百分比浓度为0.5%~50%，水合物动力学添加剂的质量百分比浓度为0.01%~0.5%。

具体的，所述的水合物热力学添加剂为非燃性的四丁基溴化铵等，所述的水合物动力学添加剂为十二烷基硫酸钠等表面活性剂。

进一步的，所述的干水是由疏水性纳米颗粒与水在高速搅拌条件下混合而成的一种高含水固态粉末。

进一步的，所述的干溶液是由疏水性纳米颗粒与表面活性剂溶液等在高速搅拌条件下混合而成的一种高含表面活性剂溶液固态粉末。

进一步的，所述的惰性混合气体可由氮气、二氧化碳组成，在0~4 ℃、7~10 MPa条件下反应生成氮气/二氧化碳混合气体水合物。

进一步的，所述的惰性混合气体可由氩气、二氧化碳组成，在3~7 ℃、5~8 MPa条件下反应生成氩气/二氧化碳混合气体水合物。

进一步的，所述的惰性混合气体可由氮气、氩气、二氧化碳组成，在2~6 ℃、6~9 MPa条件下反应生成氮气/氩气/二氧化碳混合气体水合物。

本发明的一种低碳混合气体水合物灭火剂是由含少量二氧化碳的混合气体（混合气体为氮气或氩气或二者的混合气体）与水或水溶液或干水或干溶液或冰在低温高压条件下生成水合物，并在低温环境中粉碎、筛分成一定粒径的混合气体水合物粉末。该水合物灭火剂可由含少量二氧化碳的混合气体（氮气或氩气或二者的混合气体）与水或水溶液在高压搅拌反应釜中快速生成，也可由含少量二氧化碳的惰性气体（氮气或氩气或二者的混合气体）与干水或干溶液或冰在高压静态反应釜中快速生成。

所述水合物灭火剂在灭火时，水合物粉末覆盖在可燃物表面，可减少可燃物与空气的接触；水合物分解吸热可降低燃烧区温度，释放出的氮气对可燃物周围空气起到稀释作用，氩气和二氧化碳可将可燃物与周围的空气隔离；水合物分解融化的水也可以覆盖并冷却可燃物表面，从而达到多重灭火的效果。

本灭火剂兼有水系灭火剂和低碳惰性气体灭火剂（如IG-541）的优点，同时有二者所不具备的特点。与水系灭火剂相比，低碳混合气体水合物灭火剂粉末先是覆盖在可燃物表面，然后融化分解成水，延缓了水在可燃物表面的流失，同时在可燃物表面形成一个水层，一定程度上隔绝可燃物与空气的接触；同时氮气对空气有稀释作用，氩气和二氧化碳可以覆盖在燃烧物表面，隔离其与空气接触。与IG-541低碳气体灭火剂相比，低碳混合气体水合物受热分解吸收大量热量，能降低燃烧区温度，而且融化后的水再蒸发可进一步降低燃烧区温度。该水合物灭火剂的生产原料仅仅是氮气、氩气、二氧化碳和水，其灭火排放气体的GWP值接近于0，相比于纯二氧化碳灭火剂更加清洁环保。

本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明的水合物在分解时则兼有水系灭火剂和惰性气体灭火剂的优势，而且排放气体GWP接近于0，同时固体水合物不流动，可以覆盖在燃烧物表面，将其与空气隔离，而且水合物受热分解吸收大量热量，能降低燃烧区温度。能够实现低碳排放，而且其生产原料价格低廉、制备条件温和、灭火迅速，是一种清洁高效的灭火剂。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步进行阐述，但并不限制本发明。

实施例1

温度2 ℃、压力8 MPa条件下，在有效容积2 L的高压反应釜中用十二烷基硫酸钠溶液静态合成氮气/二氧化碳水合物，混合气中含二氧化碳8%，然后取出水合物，在-15 ℃的冷库中将其粉碎成固体粉末，并在35目筛上筛选出粒径小于0.5 mm的水合物粉末，获得氮气/二氧化碳水合物灭火剂。将该灭火剂均匀地喷洒在燃烧的酒精池中，发现灭火剂粉末在酒精表面迅速分解释放气体，酒精燃烧火焰逐渐变小，火焰在25 s内迅速熄灭。

实施例2

温度4 ℃、压力6 MPa条件下，在有效容积2 L的高压反应釜中用十二烷基硫酸钠溶液静态合成氩气/二氧化碳水合物，混合气中含二氧化碳8%，然后取出水合物，在-15 ℃的冷库中将其研磨成固体粉末，并在35目筛上筛选出粒径小于0.5 mm的水合物粉末，获得氩气/二氧化碳水合物灭火剂。将该灭火剂均匀地喷洒在燃烧的酒精池中，发现灭火剂粉末在酒精表面迅速分解释放气体，酒精燃烧火焰逐渐变小，火焰在20 s内迅速熄灭。

实施例3

温度3 ℃、压力8 MPa条件下，在有效容积2 L的高压反应釜中用干水静态合成氮气/氩气/二氧化碳混合气（体积比52:40:8）水合物，然后取出水合物，在-15 ℃的冷库中将其研磨成固体粉末，并在35目筛上筛选出粒径小于0.5 mm的水合物粉末，获得氮气/氩气/二氧化碳水合物灭火剂。将该灭火剂均匀地喷洒在燃烧的酒精池中，发现灭火剂粉末在酒精表面迅速分解释放气体，酒精燃烧火焰逐渐变小，火焰在20 s内迅速熄灭。

实施例4

温度3 ℃、压力10 MPa条件下，在有效容积2 L的高压反应釜中用干水静态合成氮气/氩气/二氧化碳混合气（体积比52:40:8）水合物，然后取出水合物，在-15 ℃的冷库中将其研磨成固体粉末，并在35目筛上筛选出粒径小于0.5 mm的水合物粉末，获得氮气/氩气/二氧化碳水合物灭火剂。将该灭火剂均匀地喷洒在燃烧的酒精池中，发现灭火剂粉末在酒精表面迅速分解释放气体，酒精燃烧火焰逐渐变小，火焰在20 s内迅速熄灭。

实施例5

温度3 ℃、压力10 MPa条件下，在有效容积2 L的高压反应釜中用十二烷基硫酸钠干溶液静态合成氮气/氩气/二氧化碳混合气（体积比52:40:8）水合物，然后取出水合物，在-15 ℃的冷库中将其研磨成固体粉末，并在35目筛上筛选出粒径小于0.5 mm的水合物粉末，获得氮气/氩气/二氧化碳水合物灭火剂。将该灭火剂均匀地喷洒在燃烧的汽油池中，发现灭火剂粉末在汽油表面迅速分解释放气体，汽油燃烧火焰逐渐变小，火焰在20 s内迅速熄灭。

实施例6

温度-2 ℃、压力10 MPa条件下，在有效容积2 L的高压反应釜中用冰粉静态合成氮气/氩气/二氧化碳混合气（体积比52:40:8）水合物，然后取出水合物，在-15 ℃的冷库中将其研磨成固体粉末，并在35目筛上筛选出粒径小于0.5 mm的水合物粉末，获得氮气/氩气/二氧化碳水合物灭火剂。将该灭火剂均匀地喷洒在燃烧的木质建材上，发现灭火剂粉末在建材表面迅速分解释放气体，汽油燃烧火焰逐渐变小，火焰在15 s内迅速熄灭。

Claims (10)

1.一种低碳混合气体水合物灭火剂，其特征在于：是由含二氧化碳的惰性混合气体与水合剂在在-10~8℃、5~12 MPa条件下生成的一种固态水合物粉末，所述的惰性混合气体中含有5%~10%体积的二氧化碳，其余为氮气或氩气中的任意一种或氮气与氩气任意比例混合的气体。

2.如权利要求1所述的一种低碳混合气体水合物灭火剂，其特征在于：所述的惰性混合气体中含有7%~9%体积的二氧化碳。

3.如权利要求1所述的一种低碳混合气体水合物灭火剂，其特征在于：所述的水合剂为水或水溶液或干水或干溶液或冰。

4.权利要求1所述的一种低碳混合气体水合物灭火剂的制备方法，其特征在于：将混合气体充入一个高压反应容器内，所述的高压反应容器内预先放置水或水溶液或干水或干溶液或冰，所述的高压反应容器内的温度为-10~8 ℃，压力为5~12 MPa，反应完成后，取出水合物，在低于-10 ℃的环境中粉碎、筛分、分成粒径小于1.0 mm的水合物粉末即为低碳混合气体水合物灭火剂。

5.根据权利要求4所述的一种低碳混合气体水合物灭火剂的制备方法，其特征在于：所述的水溶液为含有水合物热力学添加剂的水溶液，或者是含有水合物动力学添加剂的水溶液，或者是含有水合物热力学添加剂和水合物动力学添加剂的水溶液。

6.根据权利要求4所述的一种低碳混合气体水合物灭火剂的制备方法，其特征在于：所述的干水是由疏水性纳米颗粒与水在高速搅拌条件下混合而成的一种高含水固态粉末。

7.根据权利要求4所述的一种低碳混合气体水合物灭火剂的制备方法，其特征在于：所述的干溶液是由疏水性纳米颗粒与表面活性剂溶液等在高速搅拌条件下混合而成的一种高含表面活性剂溶液固态粉末。

8.根据权利要求4所述的一种低碳混合气体水合物灭火剂的制备方法，其特征在于：所述的惰性混合气体可由氮气、二氧化碳组成，在0~4 ℃、7~10 MPa条件下反应生成氮气/二氧化碳混合气体水合物。

9.根据权利要求4所述的一种低碳混合气体水合物灭火剂的制备方法，其特征在于：所述的惰性混合气体可由氩气、二氧化碳组成，在3~7 ℃、5~8 MPa条件下反应生成氩气/二氧化碳混合气体水合物。

10.根据权利要求4所述的一种低碳混合气体水合物灭火剂的制备方法，其特征在于：所述的惰性混合气体可由氮气、氩气、二氧化碳组成，在2~6 ℃、6~9 MPa条件下反应生成氮气/氩气/二氧化碳混合气体水合物。