RU2081892C1 - Способ предотвращения воспламенения и взрыва водородовоздушных смесей - Google Patents
Способ предотвращения воспламенения и взрыва водородовоздушных смесей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2081892C1 RU2081892C1 RU94017124A RU94017124A RU2081892C1 RU 2081892 C1 RU2081892 C1 RU 2081892C1 RU 94017124 A RU94017124 A RU 94017124A RU 94017124 A RU94017124 A RU 94017124A RU 2081892 C1 RU2081892 C1 RU 2081892C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- inhibitor
- explosion
- air
- air mixtures
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Fire-Extinguishing Compositions (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам предотвращения воспламенения и взрыва водородно-воздушных смесей. Способ предотвращения воспламенения и взрыва водородо-воздушных смесей заключается в том, что вводят ингибитор в водород или воздух до образования водородо-воздушных смесей или в водородо-воздушные смеси. В качестве ингибитора используют по меньшей мере один углеводород нормальной, циклической или изоструктуры содержащий в молекуле атомы углерода от одного до восьми, или их смеси, причем концентрация ингибитора находится в пределах от 0,1 до 15,5 об.% 6 табл.
Description
Настоящее изобретение относится к области обеспечения пожарной безопасности и взрывобезопасности, а более точно касается способа предотвращения воспламенения и взрыва водородо-воздушных смесей.
Данное изобретение может быть широко использовано при получении, хранении, транспортировке водорода, в производствах, связанных с образованием водорода в качестве основного и/или побочного продукта, в химических производствах, связанных с использованием водорода в качестве исходного реагента: процессы гидрирования, различные синтезы. Также данное изобретение может быть использование в энергетических установках и других системах, использующих водород в качестве горючего, легкого наполнителя, например в летательных аппаратах, зондах, дирижаблях, воздушных шарах, а также в системах, использующих водород в качестве охлаждающего газа, в частности в больших турбогенераторах.
В настоящее время известны способы для объемного тушения пожаров за счет использования газовых инертных разбавителей (CO2 и N2) (Справочник "Пожарная безопасность. Взрывобезопасность", М. "Химия", 1987. с. 134-137). Объемное тушение пожаров основано на создании в защищенном объекте среды, не поддерживающей горения, и является одним из наиболее эффективных, способов пожарной защиты помещений. Однако газовые инертные разбавители, используемые иногда для объемного тушения пожаров, крайне не эффективны особенно при применении для предотвращения воспламенения и взрыва водородо-воздушных смесей, так как не обладают ингибирующими свойствами.
Известен способ предотвращения воспламенения и взрыва водородо-воздушных смесей, заключающийся в том, что ингибитор вводят в водород или воздух до образования водородо-воздушных смесей, или непосредственно в водородо-воздушные смеси. Причем в качестве газофазных ингибиторов используются галогенуглеводороды, представляющие собой бром- фтор- и хлорпроизводные насыщенных углеводородов (татрафтордибромэтан, трифторбромметан, дифторхлорбромметан и др.). (Кинетика и катализ, том 15, вып. 1, 1974, Азатян В.В. и другие "К тушению пламени смеси водорода с воздухом в области полуострова воспламенения малыми добавками C2F4Br2", с. 228). Однако ингибиторы, используемые в данном способе, являются химически агрессивными ко многим материалам, в том числе к резине, полиэтилену, металлам. Особенно сильно коррозионное действие хладонов и продуктов их превращений в присутствии влаги, образующейся при горении водорода и водородсодержащих соединений. Как указанные выше ингибиторы, так и продукты их превращений токсичны. Особенно сильная ядовитость у таких продуктов окисления хладонов, как фосген и фторфосген. При этом способе сказывается сильное отрицательное воздействие хладонов и продуктов их превращений на окружающую среду (разрушение озонового слоя атмосферы). Кроме того, при применении указанного способа предотвращения воспламенения и взрыва водородно-воздушных смесей расходуется большое количество (особенно по весу) ингибитора, обладающего недостаточно высокой ингибирующей способностью и большой молекулярной массой.
В основу изобретения положена задача создания способа предотвращения воспламенения и взрыва водородо-воздушных смесей, который позволил бы за счет меньшего количества ингибитора, обладающего более высокой ингибирующей способностью, меньшей химической агрессивностью и токсичностью, устранить воспламеняемость и возможность взрыва водородо-воздушных смесей, и был бы экологически безопасным.
Поставленная задача решается тем, что в способе предотвращения воспламенения и взрыва водородо-воздушных смесей, заключающемся в том, что ингибитор вводят в водород или воздух до образования водородо-воздушных смесей, или непосредственно в водородо-воздушную смесь, согласно изобретению, в качестве ингибитора используют, по меньшей мере, один углеводород нормальной или циклической, или изоструктуры, содержащей в молекуле атомы углерода от одного до восьми, или их смеси, причем концентрация ингибитора находится в пределах от 0,1 до 15,5 об.
Указанные легкие углеводороды (от C1 до C8) известны как горючие вещества и использовались, например, как топливо. Применение этих смесей как ингибиторов для предотвращения воспламенения и взрыва водородо-воздушных смесей ранее не предлагалось. Применение предельных и непредельных углеводородов и их смесей с числом атомов углерода в молекуле от одного до восьми в качестве ингибитора позволяет значительно снизить стоимость ингибиторов по сравнению со стоимостью ныне используемых хладонов. При этом ни сами смеси углеводородов, ни продукты их сгорания не являются химически агрессивными или токсичными. Продукты их окисления практически не оказывают вредного воздействия на окружающую природу, включая верхние слои атмосферы по сравнению с хладонами и продуктами их превращения. Предлагаемый ингибитор в данном способе может быть использован для предотвращения и сильного уменьшения воспламенения и взрыва водородо-воздушных смесей практически во всем диапазоне взрывоопасных составов от нижнего концентрационного предела 4 об. до верхнего 75 об. при количестве ингибитора от 0,3 до 10 об. Варьированием содержания ингибитора удается также управлять кинетикой горения в тех случаях, когда не ставится цель предотвратить воспламенение, но ставится цель предотвратить переход горения во взрыв. При наличии ингибиторов существенно сокращается спектр возможных источников поджига горючей смеси в результате того, что требуется значительно большие мощности инициирования горения. При наличии ингибиторов в очень малых количествах, не способных полностью предотвратить воспламенение, замедляется скорость горения, в том числе распространения пламени. Использование в составе предлагаемого ингибитора более тяжелых углеводородов с числом атомов углерода в молекуле более восьми нецелесообразно, так как при нормальных условиях давление насыщенных паров этих углеводородов крайне низко и они не могут входить в состав газофазного ингибитора.
Данный способ предотвращения воспламенения и взрыва водородо-воздушных смесей экологически безопасен и позволяет устранить воспламеняемость и возможность взрыва водородо-воздушных смесей.
Способ предотвращения воспламенения и взрыва водородо-воздушных смесей прост в технологическом исполнении и осуществляется следующим образом.
Способ предотвращения воспламенения и взрыва водородо-воздушных смесей заключается в том, что традиционным способом ингибитор вводят или в водород, или в воздух до образования водородо-воздушных смесей, или непосредственно в водородо-воздушные смеси. В качестве ингибитора используют, по меньшей мере, один углеводород нормальной или циклической, или изоструктуры, содержащий в молекуле атомы углерода от одного до восьми, или их смеси, причем концентрация ингибитора находится в пределах от 0,1 до 15,5 об.
Влияние предлагаемого ингибитора на воспламенение водородо-воздушных смесей изучалось в цилиндрическом реакторе, способном выдерживать давление до 100 атм и изготовленном из нержавеющей стали. Внутренний диаметр реактора
9,9 см, высота 30,0 см. Реактор снабжен специальным окошечком для регистрации воспламенения по хемилюминесценции и датчиком давления с термостатированной, коррозионно-стойкой мембраной для регистрации изменения давления, происходящего в результате реакции.
9,9 см, высота 30,0 см. Реактор снабжен специальным окошечком для регистрации воспламенения по хемилюминесценции и датчиком давления с термостатированной, коррозионно-стойкой мембраной для регистрации изменения давления, происходящего в результате реакции.
Воспламенение регистрировали по свечению пламени (хемилюминесценции) визуально и с использованием фотодиода, а также по скачку давления и расходованию реагентов. Установка позволяет также отбирать пробы из реактора для анализа с целью определения степени расходования реагентов в результате горения. Анализ газа проводили с использованием хроматографа. Рабочие газовые смеси, содержащие водород, воздух и ингибитор, составляли непосредственно в реакторе. Перед выпуском газов реактор вакуумировали до давления 0,4 Па, затем в реактор последовательно напускали ингибитор, водород и воздух, контролируя их количества по парциальным давлениям. В зависимости от интервала давлений измерения проводили с помощью образцового манометра, образцового вакууметра, механотрона, вакууметра.
Поджиг газа проводился с помощью импульсно-раскаленной спирали, помещенной у нижнего торца реактора. Длина нихромовой проволоки спирали 30 см, диаметр 0,8 мм. Нагрев проволоки проводился импульсом электрического тока с использованием конденсаторной батареи. Начальное напряжение 36 В, сопротивление 0,6 Ом. Время максимального разогрева проволоки не превышает 0,2 с. Показателем достаточной мощности поджигающего импульса являются неизменность воспламеняемости смесей при дальнейшем повышении мощности, совпадение определенных нами концентрационных пределов воспламенения смесей водорода с воздухом без ингибитора с хорошо известным в литературе (4 об. и 75 об.), а также пределов воспламенения водородо-воздушных смесей в присутствии различных количеств хладона с литературными данными.
Для лучшего понимания настоящего изобретения приводятся следующие конкретные примеры:
Примеры 1-6, 7-16, 17-29, 30-38, 39-44, 45-50 приведены в таблицах 1, 2, 3, 4, 5, 6 соответственно. В таблицах 1, 2, 3, 4, 5, 6 приведены результаты влияния углеводородов различного состава на воспламеняемость водородо-воздушных смесей, полученные с помощью описанного выше реактора. Также в таблицах указано содержание компонентов: водород, воздух, ингибитор, способность к воспламенению, концентрационные пределы верхний и нижний, состав ингибитора. Знаком "+" показано воспламенение по всему объему камеры и знаком "-" отсутствие воспламенения.
Примеры 1-6, 7-16, 17-29, 30-38, 39-44, 45-50 приведены в таблицах 1, 2, 3, 4, 5, 6 соответственно. В таблицах 1, 2, 3, 4, 5, 6 приведены результаты влияния углеводородов различного состава на воспламеняемость водородо-воздушных смесей, полученные с помощью описанного выше реактора. Также в таблицах указано содержание компонентов: водород, воздух, ингибитор, способность к воспламенению, концентрационные пределы верхний и нижний, состав ингибитора. Знаком "+" показано воспламенение по всему объему камеры и знаком "-" отсутствие воспламенения.
Из приведенных в таблицах данных видно, что с использованием смеси углеводородов в качестве ингибитора сильно подавляется воспламеняемость водородо-воздушных смесей. По своему воздействию углеводороды с изоструктурой лишь не намного эффективнее, чем углеводороды с нормальной структурой.
Ингибитор шестого состава в количестве 2,0 об. снижает верхний концентрационный предел воспламеняемости с 75% H2 до 41% то есть сужает область воспламенения почти в два раза. В количестве же большом 9% ингибитор предотвращает воспламенение и взрыв водородо-воздушных смесей любого состава. Аналогично по действию применение ингибитора третьего состава, а также других смесей углеводородов, испытанных в описанном реакторе.
Ингибитор не только подавляет воспламенение. В тех суженных ингибитором интервалах составов водородо-воздушных смесей, в которых удается воспламенить смесь лишь благодаря тому, что количество ингибитора мало, горение протекает намного слабее, чем в отсутствие ингибитора. Проявляется это как в значительно меньших скачках давления при воспламенении, так и в меньших степенях расходования водорода и кислорода.
Ингибирующая способность предлагаемого ингибитора значительно превосходит ингибирующую способность известных ингибиторов. При сравнении весовых расходов с учетом молекулярных весов сравниваемых ингибиторов преимущество предлагаемого ингибитора еще более ощутимо.
Таким образом, применение смеси углеводородов с числом атомов углерода в молекуле от одного до восьми в качестве ингибитора для предотвращения воспламенения и взрыва водородо-воздушных смесей позволяет значительно (в сотни раз) снизить стоимость ингибитора и до десяти раз весовой его расход. При этом сам ингибитор и продукты его сгорания не проявляют химической агрессивности по отношению к любым материалам и не являются токсичными. Кроме того, предлагаемый в данном способе ингибитор и продукты его сгорания не оказывают столь вредного воздействия на окружающую среду, какое оказывают известные галонуглеводородные ингибиторы (хладогены). В частности они не оказывают разрушающее воздействие на озоновый слой атмосферы. И наконец, предлагаемый в данном способе ингибитор обладает более высокой ингибирующей способностью в сравнении с известными газофазными ингибиторами.
Claims (1)
- Способ предотвращения воспламенения и взрыва водородовоздушных смесей, включающий введение ингибитора или непосредственно в водородовоздушные смеси, или в водород, или воздух до образования этих смесей, отличающийся тем, что в качестве ингибитора используют углеводород нормальной, или циклической, или изоструктуры, содержащий в молекуле 1 8 атомов углерода, или смеси этих углеводородов, при этом концентрация ингибитора находится в пределах 0,1 15,5 об.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94017124A RU2081892C1 (ru) | 1994-05-16 | 1994-05-16 | Способ предотвращения воспламенения и взрыва водородовоздушных смесей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94017124A RU2081892C1 (ru) | 1994-05-16 | 1994-05-16 | Способ предотвращения воспламенения и взрыва водородовоздушных смесей |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94017124A RU94017124A (ru) | 1996-04-27 |
RU2081892C1 true RU2081892C1 (ru) | 1997-06-20 |
Family
ID=20155719
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94017124A RU2081892C1 (ru) | 1994-05-16 | 1994-05-16 | Способ предотвращения воспламенения и взрыва водородовоздушных смесей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2081892C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2503473C1 (ru) * | 2012-07-05 | 2014-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук | Способ предотвращения детонации и разрушения стационарной детонационной волны пропаном или пропан-бутаном в водородо- воздушных смесях |
KR20200011863A (ko) | 2017-11-30 | 2020-02-04 | 조인트 스탁 컴퍼니 “로제네르고아톰” | 원자력 발전소의 수소폭발 방지를 제공하는 방법 |
-
1994
- 1994-05-16 RU RU94017124A patent/RU2081892C1/ru active IP Right Revival
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Пожарная безопасность, взрывобезопасность: Справочник. - М.: Химия, 1987, с. 134 - 137. Азатян В.В. и др. К тушению пламени смеси водорода с воздухом в области полуострова воспламенения малыми добавками C 2 F 4 Br 2 : Кинетика и катализ, т.15, в.1, 1974, с. 228. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2503473C1 (ru) * | 2012-07-05 | 2014-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук | Способ предотвращения детонации и разрушения стационарной детонационной волны пропаном или пропан-бутаном в водородо- воздушных смесях |
KR20200011863A (ko) | 2017-11-30 | 2020-02-04 | 조인트 스탁 컴퍼니 “로제네르고아톰” | 원자력 발전소의 수소폭발 방지를 제공하는 방법 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94017124A (ru) | 1996-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Coggon et al. | OH chemistry of non-methane organic gases (NMOGs) emitted from laboratory and ambient biomass burning smoke: evaluating the influence of furans and oxygenated aromatics on ozone and secondary NMOG formation | |
Liekhus et al. | Flammability of gas mixtures containing volatile organic compounds and hydrogen | |
Tsuchiya et al. | Thermal decomposition products of polyvinyl chloride | |
Dupont et al. | Explosion characteristics of synthesised biogas at various temperatures | |
Commereuc et al. | Photo and thermal decomposition of iPP hydroperoxides | |
Shlyapnikov et al. | Antioxidative stabilization of polymers | |
Zabel et al. | Thermal decomposition of alkyl peroxynitrates | |
Al Mulla et al. | Kinetics and mechanisms for the reactions of ozone with unsaturated oxygenated compounds | |
Prugh | Estimation of flash point temperature | |
RU2081892C1 (ru) | Способ предотвращения воспламенения и взрыва водородовоздушных смесей | |
Kondo et al. | Flammability limits of five selected compounds each mixed with HFC-125 | |
Treacy et al. | Determination of Arrhenius parameters for thereactions of ozone with cycloalkenes | |
Frishman et al. | Fast GC‐PFPD system for field analysis of chemical warfare agents | |
WO2005088286A2 (en) | Universal explosive material detector | |
RU2042366C1 (ru) | Ингибитор для предотвращения воспламенения и взрыва водородно-воздушных смесей | |
Izumi et al. | Redetermination of the rate constant for the reaction of hydroxyl radicals with sulfur dioxide | |
Starkey et al. | Kinetics of the reactions of hydroxyl radicals (OH) and of chlorine atoms (Cl) with methylethylether over the temperature range 274–345 K | |
Morikawa et al. | Toxic gases evolution from air-controlled fires in a semi-full scale room | |
Harris et al. | Flammability and explosibility of ammonia | |
Jones et al. | Prevention of gas explosions by controlling oxygen concentration | |
Rose et al. | Oxidation of stabilized polypropylenes | |
RU2187351C2 (ru) | Способ предотвращения воспламенения и взрыва горючих смесей | |
McNesby et al. | Spectroscopic investigation of atmospheric-pressure counterflow diffusion flames inhibited by halons | |
Hoppe et al. | Reliable and effective inerting methods to prevent explosions | |
Paulson et al. | Analysis of some toxic combustion products of low-density flexible polyurethane-ether foams |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090517 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20110520 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20110621 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20130717 |