CN109897613A

CN109897613A - 一种抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂及其制备方法

Info

Publication number: CN109897613A
Application number: CN201910171055.1A
Authority: CN
Inventors: 孟祥豹; 王俊峰; 刘博�; 肖琴; 马雪松
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2019-06-18
Anticipated expiration: 2039-03-07
Also published as: CN109897613B

Abstract

本发明涉及一种抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂及其制备方法，属于抑爆剂技术领域。该抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂由多种粉体材料组成，包括六水硫酸亚铁铵、十水焦磷酸钠、碳酸亚铁、碱式碳酸铝镁、六水合氯化镁钾和滑石粉。本发明所述抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂各组分之间通过特殊比例配比，从而具有很好的协同抑爆作用，抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂还具有抑爆性能好，并且具有用量少、制备简单等优点，本发明所述抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂尤其适用于油页岩粉尘易爆区域，降低爆炸危险性。

Description

一种抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及抑爆剂技术领域，尤其涉及一种抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂及其制备方法。。

背景技术

油页岩属于非常规油气资源，它是一种高灰分的含可燃有机质的沉积岩，油页岩粉尘具有爆炸危险性，油页岩粉尘爆炸严重威胁着油页岩资源的开采。油页岩粉尘抑爆技术是防治油页岩粉尘爆炸的重要手段，抑爆技术核心是研究开发具有较好抑爆性能的抑爆剂。

当前，普遍使用的抑制油页岩粉尘爆炸的粉体类抑爆剂为岩粉，油页岩粉尘爆炸时通过撒播岩粉来降低氧浓度，从而达到抑制油页岩粉尘爆炸火焰传播的目的，然而岩粉在抑制油页岩粉尘爆炸时所发挥的作用单一，并且用量大易吸潮结块，在抑爆方面的性能有限，传统粉体抑爆剂抑爆效率低、抑爆性能不够好。

因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。

针对现有技术的不足，为提供具有抑爆性能好、用量少、效率高、制备简单的抑爆剂，本发明提出了一种抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂及其制备方法，具体技术方案如下。

一种抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂，抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂包括重量份百分比的原料：六水硫酸亚铁铵：16.2%～31.4%，十水焦磷酸钠：13.5%～19.2%，碳酸亚铁：19.6%～26.3%，碱式碳酸铝镁：10.5%～17.5%，六水合氯化镁钾：12.8%～21.6%，滑石粉：3.2%～8.6%。

优选的是，抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂重量份百分比的原料组分为：六水硫酸亚铁铵:18.3%～28.8%，十水焦磷酸钠：15.2%～17.5%，碳酸亚铁：21.2%～23.8%，碱式碳酸铝镁：12.6%～16.3%，六水合氯化镁钾：14.6%～19.5%，滑石粉：3.8%～7.2%。

还优选的是，六水硫酸亚铁铵、十水焦磷酸钠、碳酸亚铁、碱式碳酸铝镁、六水合氯化镁钾和滑石粉的粉体粒径均小于75μm。

一种抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂制备方法，制备上述的抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂，步骤包括：

步骤一.分别取六水硫酸亚铁铵、十水焦磷酸钠、碳酸亚铁、碱式碳酸铝镁、六水合氯化镁钾、滑石粉，将所取原料组份分别用磨粉机器磨成粉体；

步骤二.将磨成粉体后的原料分别过200目筛，收集过筛后通过筛网的粉体材料以备用；

步骤三.按照比例称取过筛后的粉体原料，加入干粉搅拌机中充分混合均匀；

步骤四.将混合均匀后的原料放入真空干燥箱中进行干燥，真空干燥箱按照15℃/h的升温速率从室温升温至40℃，然后在40℃下恒温干燥24h后，得到所述抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂。

进一步优选的是，步骤二还包括分别收集过筛后未通过筛网并且粒径大于75μm的原料，分别再次加入到磨粉机器进行粉磨。

本发明提供的一种抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂具有用量少、抑爆效果好、制备简单等优点。尤其适用于抑制油页岩粉尘的爆炸。组成所述抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂的各种材料分别从不同的抑爆机理发挥作用，各种材料协同作用，在多种综合作用下最终达到抑爆目的。

在油页岩粉尘爆炸发生时，将所述抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂喷出，当爆炸燃烧火焰与所述抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂相遇后，六水硫酸亚铁铵、十水焦磷酸钠、六水合氯化镁钾瞬间吸收热量分解出结晶水，然后继续吸收大量热量破坏化学键并分解出游离的铵离子、亚铁离子、焦磷酸根、钠离子、镁离子和钾离子，同时由于分解出的结晶水的比热容高，能够吸收大量的热量蒸发形成水蒸气，两步吸热分解和结晶水的吸热蒸发可以吸收爆炸时产生的大量热量，从而快速降低油页岩粉尘爆炸前驱火焰温度，最终使得爆炸前驱火焰温度降低到油页岩粉尘云的最小着火温度（MIT）以下，使得油页岩粉尘爆炸无法进行传播；并且当结晶水蒸发形成的水蒸气遇到油页岩粉尘颗粒后，能够使得油页岩粉尘颗粒团聚，团聚后的油页岩粉尘颗粒在重力的作用下会迅速沉降，使得空气中的油页岩粉尘浓度得到有效降低，并且水蒸气的产生可使油页岩粉尘爆炸下限浓度（MEC）上升，有利于阻断油页岩粉尘爆炸的传播；分解生成的铵离子能与爆炸火焰燃烧反应中产生的•OH自由基反应并生成氨气，可快速消耗油页岩粉尘爆炸反应中•OH自由基；亚铁离子能与爆炸火焰燃烧反应中产生的•OH自由基反应并消耗部分氧气生成氧化铁，镁离子能与爆炸火焰燃烧反应中产生的•OH自由基反应并生成氧化镁，不仅消耗了油页岩粉尘爆炸反应中•OH自由基，还消耗了一定的氧气，降低了空气中的氧气含量，并且所生成的氧化铁和氧化镁会覆盖在油页岩粉尘颗粒表面，使得油页岩粉尘颗粒表面与空气中的氧气隔绝，达到窒息的作用，阻断了油页岩粉尘颗粒的燃烧反应；钠离子和钾离子能与爆炸火焰燃烧反应中产生的•OH自由基反应，消耗了油页岩粉尘爆炸反应中•OH自由基；焦磷酸根可以与爆炸火焰燃烧反应中产生的•H自由基反应生成焦磷酸，焦磷酸继续脱水生成偏磷酸，偏磷酸进一步吸热分解生成五氧化二磷，这不仅消耗了油页岩粉尘爆炸反应中•H自由基还吸收了爆炸中产生的热量降低了火焰温度，并且生成的产物可以在油页岩粉尘颗粒表面生成一层玻璃状薄膜残留覆盖物覆盖在油页岩粉尘颗粒表面，使得油页岩粉尘颗粒与空气中的氧气隔觉，达到窒息的作用，阻断了油页岩粉尘颗粒的燃烧反应。

同时，碳酸亚铁和碱式碳酸铝镁瞬间吸收大量热量降低爆炸火焰温度并且分解出大量的CO₂气体，CO₂气体的产生可以迅速降低空气中的氧气浓度，可使空气中的氧气浓度降低到油页岩粉尘爆炸极限氧浓度（LOC）之下，达到窒息的效果，最终可使油页岩粉尘爆炸不能够继续进行；分解生成的氧化镁和氧化铝能够覆盖在油页岩粉尘颗粒表面，可使油页岩粉尘颗粒与空气隔觉，阻断了油页岩粉尘颗粒的燃烧反应；氧化亚铁进一步氧化生成氧化铁，消耗了部分氧气，降低了氧气浓度，生成的氧化铁能够覆盖在油页岩粉尘颗粒表面，可使油页岩粉尘颗粒与空气隔觉，阻断了油页岩粉尘颗粒的燃烧反应。

其中添加的滑石粉具有润滑、抗黏、助流、耐火等作用，滑石粉的添加能够极大提高抑爆剂喷撒时的分散性。

通过各种粉体材料的综合抑制作用，使得油页岩粉尘爆炸不能够继续进行，最终达到抑制油页岩粉尘爆炸的目的。由于上述综合作用，使得抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂具有优良的抑爆性能。

具体实施方式

本发明提供了一种抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。

一种抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂，其包括按照重量份百分比的原料：六水硫酸亚铁铵：16.2%～31.4%，十水焦磷酸钠：13.5%～19.2%，碳酸亚铁：19.6%～26.3%，碱式碳酸铝镁：10.5%～17.5%，六水合氯化镁钾：12.8%～21.6%，滑石粉：3.2%～8.6%。

另外还可以选用不同的原料配比，例如包括重量百分比的原料：六水硫酸亚铁铵:18.3%～28.8%，十水焦磷酸钠：15.2%～17.5%，碳酸亚铁：21.2%～23.8%，碱式碳酸铝镁：12.6%～16.3%，六水合氯化镁钾：14.6%～19.5%，滑石粉：3.8%～7.2%。

抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂的跟组分的粉体材料粒径均小于75μm，从而达到更好的抑爆效果，也能方便使用。

一种制备上述抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂的方法，其包括以下步骤：

步骤1：分别取六水硫酸亚铁铵、十水焦磷酸钠、碳酸亚铁、碱式碳酸铝镁、六水合氯化镁钾、滑石粉，将所取原料组份分别用磨粉机器磨成粉体。

步骤2：将磨成粉体后的所有材料分别过200目筛，收集过筛后通过筛网的粉体材料，备用；还可以分别收集过筛后未通过筛网的＞75μm的各种粉体材料，再次加入到磨粉机进行粉磨。

步骤3：按照比例称取过筛后的粉体材料加入搅拌机中进行充分混合均匀。

步骤4：将混合均匀后的物料放入真空干燥箱中进行干燥，真空干燥箱按照15℃/h的升温速率从室温升温至40℃，然后在40℃下恒温干燥24h后，得到上述抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂。

为了更进一步的描述本发明提供的一种抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂的效果，通过实验对其进行说明，抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂具有用量少、抑爆效果好、制备简单等优点。利用上述抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂进行抑爆实验，为此选择了3种不同的油页岩粉尘样品进行实验。

实验1

抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂的原料配方为：按重量份百分比，六水硫酸亚铁铵31%、十水焦磷酸钠14%、碳酸亚铁16%、碱式碳酸铝镁15%、六水合氯化镁钾19%、滑石粉5%。

采用标准AQ1045-2007测定抑制油页岩粉尘爆炸所需的最低所述抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂的用量，实验结果见表1。

实验2

抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂的原料配方为：按重量份百分比，六水硫酸亚铁铵25%、十水焦磷酸钠16%、碳酸亚铁26%、碱式碳酸铝镁13%、六水合氯化镁钾14%、滑石粉6%。

实验3

抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂的原料配方为：按重量份百分比，六水硫酸亚铁铵20%、十水焦磷酸钠18%、碳酸亚铁20%、碱式碳酸铝镁15%、六水合氯化镁钾20%、滑石粉7%。

实验4

抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂的原料配方为：按重量份百分比，六水硫酸亚铁铵17%、十水焦磷酸钠19%、碳酸亚铁24%、碱式碳酸铝镁17%、六水合氯化镁钾16%、滑石粉7%。

采用标准AQ1045-2007测定抑制油页岩粉尘爆炸所需的最低所述抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂的用量，实验结果见表1。对比实验

抑爆剂为石灰岩岩粉（主要成分为碳酸钙）。

采用标准AQ1045-2007测定抑制油页岩粉尘爆炸所需的最低所述抑制油页岩粉尘爆炸的石灰岩岩粉的用量。实验结果见表1。

表1为实验1至实验4以及对比实验进行抑爆对比试验的结果对照表。

表1

从上表1可以看出，实验1至实验4，抑制3种油页岩粉尘爆炸所需的复合型粉体抑爆剂最低用量都在30%左右，要低于常规的石灰岩岩粉抑制油页岩粉尘爆炸所需的最低用量。

本发明具体的抑爆机理为：

滑石粉具有润滑、抗黏、助流、耐火等作用，滑石粉的添加能够极大提高抑爆剂喷撒时的分散性。通过各种粉体材料的综合抑制作用，使得油页岩粉尘爆炸不能够继续进行，最终达到抑制油页岩粉尘爆炸的目的。

综上所述，抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂通过上述综合作用，使其在易爆的油页岩粉尘爆炸的环境中具有优良的抑爆性能。

从上述表1的分析中不难理解，上述技术方案的抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂，抑爆性能好、用量少、抑爆效率高。与现有常规技术相比，具有比较突出的优势。

上述关于抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂抑爆机理文字说明中，所涉及的主要化学反应方程如下：

Fe(NH₄)₂·(SO₄)₂·6H₂O→Fe(NH₄)₂·(SO₄)₂＋6H₂O

Fe(NH₄)₂·(SO₄)₂→Fe²⁺+ NH₄ ^＋+ SO₄ ^2－

NH₄ ^＋+OH^－→NH₃↑＋H₂O

Fe²⁺+OH^－＋O₂→Fe₂O₃＋H₂O

Na₄P₂O₇·10H₂O→Na₄P₂O₇+10H₂O

Na₄P₂O₇→Na⁺+ P₂O₇ ^4－

P₂O₇ ^4－+H⁺→H₄P₂O₇

H₄P₂O₇→2HPO₃+ H₂O

HPO₃→P₂O₅＋H₂O

Na⁺+OH^－→NaOH

KCl· MgCl₂·6H₂O→ KCl+ MgCl₂+6H₂O

KCl→K⁺+Cl^－

MgCl₂→Mg²⁺+Cl^－

K⁺+OH^－→KOH

Mg²⁺+OH^－→MgO+ H₂O

Al₂Mg₆(OH)₁₆CO₃·4H₂0→Al₂O₃+MgO+CO₂↑+H₂0

FeCO₃→FeO+CO₂↑

FeO+O₂→Fe₂O₃

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂，其特征在于，抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂包括重量份百分比的原料：六水硫酸亚铁铵：16.2%～31.4%，十水焦磷酸钠：13.5%～19.2%，碳酸亚铁：19.6%～26.3%，碱式碳酸铝镁：10.5%～17.5%，六水合氯化镁钾：12.8%～21.6%，滑石粉：3.2%～8.6%。

2.根据权利要求1所述的一种抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂，其特征在于，所述抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂重量份百分比的原料组分为：六水硫酸亚铁铵:18.3%～28.8%，十水焦磷酸钠：15.2%～17.5%，碳酸亚铁：21.2%～23.8%，碱式碳酸铝镁：12.6%～16.3%，六水合氯化镁钾：14.6%～19.5%，滑石粉：3.8%～7.2%。

3.根据权利要求1所述的一种抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂，其特征在于，所述六水硫酸亚铁铵、十水焦磷酸钠、碳酸亚铁、碱式碳酸铝镁、六水合氯化镁钾和滑石粉的粉体粒径均小于75μm。

4.一种抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂制备方法，其特征在于，制备权利要求1~3任一项所述的抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂，步骤包括：

5.根据权利要4所述的一种抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂制备方法，其特征在于，所述步骤二还包括分别收集过筛后未通过筛网并且粒径大于75μm的原料，分别再次加入到磨粉机器进行粉磨。