RU2385750C1 - Non-flammable and explosion-proof methane-air mixture - Google Patents
Non-flammable and explosion-proof methane-air mixture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2385750C1 RU2385750C1 RU2008146272/15A RU2008146272A RU2385750C1 RU 2385750 C1 RU2385750 C1 RU 2385750C1 RU 2008146272/15 A RU2008146272/15 A RU 2008146272/15A RU 2008146272 A RU2008146272 A RU 2008146272A RU 2385750 C1 RU2385750 C1 RU 2385750C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- methane
- explosion
- carbon dioxide
- air
- vol
- Prior art date
Links
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области обеспечения пожарной безопасности и взрывобезопасности, а именно к газовым составам для предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей, и может быть использовано в горной промышленности, преимущественно в угольной, для предотвращения катастроф за счет взрыва метановоздушной смеси в выработанном пространстве, а также в области производства метана и других областях, связанных либо с производством метана, либо с его использованием.The invention relates to the field of ensuring fire safety and explosion safety, in particular to gas compositions for preventing ignition and explosion of methane-air mixtures, and can be used in the mining industry, mainly in coal, to prevent catastrophes due to the explosion of methane-air mixture in the worked out space, as well as in areas of methane production and other areas related to either methane production or its use.
Известны составы и способы для объемного тушения пожаров при использовании газовых инертных разбавителей (диоксид углерода и азот), которые являются эффективными способами пожарной защиты помещений за счет создания в защищаемом объекте среды, не поддерживающей горения (Справочник "Пожарная безопасность. Взрывобезопасность". - М.: Химия, 1987, с.134-137; RU 2210413 C1, 20.08.2003; RU 2235570 C2, 10.09.2004). Однако газовые инертные разбавители при большом их расходе крайне не эффективны для предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей, так как не обладают ингибирующими свойствами.Known compositions and methods for volumetric fire extinguishing using gas inert diluents (carbon dioxide and nitrogen), which are effective ways of fire protection of premises by creating an environment that does not support combustion in a protected facility (Handbook "Fire Safety. Explosion Safety". - M. : Chemistry, 1987, p.134-137; RU 2210413 C1, 08.20.2003; RU 2235570 C2, 09/10/2004). However, gas inert diluents at a high flow rate are extremely ineffective in preventing the ignition and explosion of methane-air mixtures, since they do not have inhibitory properties.
Известен многочисленный ряд ингибиторов горения метановоздушных смесей на основе фтор, или бром, или хлор, или фтор-бром, или фтор-хлорсодержащих углеводородов, которые обладают достаточно высокой ингибирующей способностью (SU 981338 А, 15.12.1982; SU 1245714 А, 23.07.1986; RU 2079318 C1, 20.05.1997; RU 2156630 C1, 27.09.2000; RU 2169597 C1, 27.06.2001; RU 2225734 C2, 20.03.2004; RU 2321437 C1, 10.04.2008; US 4826610, 1989; US 5234613, 1993; US 5605647, 1997; US 5759430, 1998; US 6849194, 01.02.2005; US 7223351, 29.05.2007). Однако использование указанных углеводородов вызывает со стороны сторонников защиты природы и техники безопасности труднорешаемые проблемы, что ограничивает их широкое внедрение в промышленность.A large number of combustion inhibitors of methane-air mixtures based on fluorine, or bromine, or chlorine, or fluorine-bromine, or fluorine-chlorine-containing hydrocarbons are known, which have a sufficiently high inhibitory ability (SU 981338 A, 12/15/1982; SU 1245714 A, 07/23/1986 ; RU 2079318 C1, 05.20.1997; RU 2156630 C1, 09/27/2000; RU 2169597 C1, 06/27/2001; RU 2225734 C2, 3/20/2004; RU 2321437 C1, 04/10/2008; US 4,826,610, 1989; US 5234613, 1993 ; US 5605647, 1997; US 5759430, 1998; US 6849194, February 1, 2005; US 7223351, May 29, 2007). However, the use of these hydrocarbons causes hard-to-solve problems on the part of proponents of environmental protection and safety engineering, which limits their widespread adoption in industry.
Известен способ предотвращения воспламенения и взрыва горючих смесей, в частности метановоздушных смесей (RU 2187351, A62D 1/08, 20.08.2002), в котором описан ингибирующий газовый состав, содержащий углеводород С2-С8, разбавленный инертным газом. Соотношение ингибитор 5-10 об.%, инертный газ - остальное. Предпочтительно ингибитор - смесь предельных и непредельных углеводородов пропана, бутана и пропилена (фирменная марка ингибитора АКАМ, содержащего в об.%: 17 пропилена, 41 бутана и 42 пропана). Инертный газ: азот, диоксид углерода, аргон и их смеси. Приготовленный состав вводят в горючую смесь в количестве 5-43 об.% относительно смеси. Результат способа - повышение эффективности предотвращения воспламенения и взрыва горючих смесей.A known method of preventing ignition and explosion of combustible mixtures, in particular methane-air mixtures (RU 2187351, A62D 1/08, 08/20/2002), which describes an inhibitory gas composition containing a C 2 -C 8 hydrocarbon diluted with an inert gas. The inhibitor ratio is 5-10 vol.%, The inert gas is the rest. Preferably, the inhibitor is a mixture of saturated and unsaturated hydrocarbons propane, butane and propylene (brand name AKAM inhibitor containing in vol.%: 17 propylene, 41 butane and 42 propane). Inert gas: nitrogen, carbon dioxide, argon and mixtures thereof. The prepared composition is introduced into the combustible mixture in an amount of 5-43 vol.% Relative to the mixture. The result of the method is improving the efficiency of preventing ignition and explosion of combustible mixtures.
Показано, что использование ингибитора 6,5 об.% АКАМ и 93,5 об.% диоксида углерода при содержании его не более 15 об.% позволяет снизить верхний концентрационный предел воспламеняемости до 7,25 об.% содержания метана в метановоздушной смеси (взрывоопасный предел лежит в области 5,25-14,8% содержания метана в воздухе). При содержании состава более 17 об.% в метановоздушной смеси наблюдается полное предотвращение воспламенения и взрыв метановоздушных смесей любого состава.It was shown that the use of an inhibitor of 6.5 vol.% AKAM and 93.5 vol.% Carbon dioxide with a content of not more than 15 vol.% Allows the upper flammability limit to be reduced to 7.25 vol.% Methane in the methane-air mixture (explosive the limit lies in the range 5.25-14.8% of methane in the air). When the content of the composition is more than 17 vol.% In the methane-air mixture, complete prevention of ignition and explosion of methane-air mixtures of any composition is observed.
Известный состав является негорючим как при хранении, так и при использовании по назначению, эффективен во всем диапазоне содержания метана в метановоздушных смесей.The known composition is non-combustible both during storage and when used as intended, effective in the entire range of methane content in methane-air mixtures.
Недостаток описанного ингибирующего газового состава заключается в значительном расходе ингибитора (не менее 10%).The disadvantage of the described inhibitory gas composition is the significant consumption of the inhibitor (at least 10%).
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение расхода ингибитора и повышение ингибирующего действия состава при воспламенении и взрыве метановоздушных смесей.The technical result of the invention is to reduce the consumption of the inhibitor and increase the inhibitory effect of the composition upon ignition and explosion of methane-air mixtures.
Технический результат достигается тем, что невоспламеняющаяся и взрывобезопасная метановоздушная смесь, включающая ингибитор горения, разбавленный диоксидом углерода, согласно изобретению в качестве ингибитора горения содержит пропилен и/или изобутилен при объемном соотношении ингибитора к диоксиду углерода, равном 1: 4-10, при следующем содержании компонентов в защищаемом объеме, в об.%:The technical result is achieved in that a non-flammable and non-explosive methane-air mixture comprising a combustion inhibitor diluted with carbon dioxide according to the invention contains propylene and / or isobutylene as a combustion inhibitor with a volume ratio of inhibitor to carbon dioxide of 1: 4-10, with the following content components in the protected volume, in vol.%:
Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.
Эксперименты по определению предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей проводили в замкнутом цилиндрическом реакторе из нержавеющей стали диаметром 12,6 см и высотой 25,2 см. Рабочие смеси составляли в самом реакторе по парциальным давлениям компонентов. Испытания проводились также в большом реакторе-кессоне (4 м3) во взрывной камере. Относительная погрешность концентраций CO2 и метана не превышала 1%. Относительная же погрешность концентрации ингибиторов составляла 4%, поскольку их концентрации малы. Компоненты напускались в откачанный реактор в следующей последовательности: ингибитор, метан, СО2 и затем воздух. Начальные давление и температура смесей были равны 1,0 бар и 293К, соответственно. Чистота ингибитора и СО2 составляла 99%. Приготовленные горючие смеси зажигали искрой между электродами, вмонтированными у нижнего конца реактора и питающимися конденсаторной батареей. Энергия инициирующего импульса составляла 3,6 Дж. Зажигание в кессоне производилось при мощности 3,0 Дж. Зажигание проводили спустя 15 минут (время, необходимое для полного перемешивания компонентов) после набора в реактор компонентов.The experiments to determine the prevention of ignition and explosion of methane-air mixtures were carried out in a closed cylindrical stainless steel reactor with a diameter of 12.6 cm and a height of 25.2 cm. The working mixtures were made in the reactor by the partial pressures of the components. The tests were also carried out in a large caisson reactor (4 m 3 ) in an explosive chamber. The relative error in the concentrations of CO 2 and methane did not exceed 1%. The relative error of the concentration of inhibitors was 4%, since their concentration is small. The components were introduced into the evacuated reactor in the following sequence: inhibitor, methane, CO 2 and then air. The initial pressure and temperature of the mixtures were 1.0 bar and 293K, respectively. The purity of the inhibitor and CO 2 was 99%. The prepared combustible mixtures were ignited by a spark between electrodes mounted at the lower end of the reactor and powered by a capacitor bank. The energy of the initiating pulse was 3.6 J. Ignition in the caisson was carried out at a power of 3.0 J. Ignition was carried out 15 minutes later (the time required for complete mixing of the components) after the components were introduced into the reactor.
С момента инициирования горения и до его завершения синхронно регистрировались давление и хемилюминесценция. Горение сопровождается значительным промежуточным повышением давления, что является результатом роста температуры газовой смеси. Кинетика же падения давления во многом определяется временем остывания газа после горения. Концентрации ингибитора не превышали нижние концентрационные пределы распространения пламени их смесей с воздухом.From the initiation of combustion to its completion, pressure and chemiluminescence were simultaneously recorded. Combustion is accompanied by a significant intermediate increase in pressure, which is the result of an increase in the temperature of the gas mixture. The kinetics of the pressure drop is largely determined by the cooling time of the gas after combustion. Inhibitor concentrations did not exceed the lower concentration limits of the flame propagation of their mixtures with air.
Проведенные эксперименты показали, что введение в любые метановоздушные смеси ингибиторов, содержащих в защищаемом объеме 1,5-4,0 об.% пропилена (С3Н6) и/или изобутилена (i-C4H8), разбавленных 8-15 об.% диоксидом углерода (объемное соотношение ингибитора к диоксиду углерода равно 1:4-10) предотвращает воспламенение и горение при попытках их инициирования. После запуска искры в таких смесях не регистрируются ни изменения давления, ни хемилюминесценция. Не наблюдается также изменение давления смеси после опыта.The experiments showed that the introduction of inhibitors into any methane-air mixture containing 1.5-4.0 vol.% Propylene (C 3 H 6 ) and / or isobutylene (iC 4 H 8 ) diluted 8-15 vol. % carbon dioxide (the volume ratio of inhibitor to carbon dioxide is 1: 4-10) prevents ignition and burning when trying to initiate them. After spark triggering, neither pressure changes nor chemiluminescence are recorded in such mixtures. There is also no change in pressure of the mixture after the experiment.
При наличии, например, 3 об.% пропилена без диоксида углерода СО2 горение смесей, содержащих менее 9% метана, происходит интенсивнее, чем без пропилена. Введение 1% пропилена и 10% СО2 в смесь 9% СН4 с воздухом снижает интенсивность горения, но не предотвращает воспламенение.In the presence of, for example, 3 vol.% Propylene without carbon dioxide CO 2, combustion of mixtures containing less than 9% methane is more intense than without propylene. The introduction of 1% propylene and 10% CO 2 into a mixture of 9% CH 4 with air reduces the intensity of combustion, but does not prevent ignition.
Обнаруженное подавление горения метана предложенными ингибиторами является показателем разветвленно-цепного характера горения метана и вызвано обрывом реакционных цепей в реакциях активных промежуточных частиц с ингибитором.The detected suppression of methane combustion by the proposed inhibitors is an indicator of the branched chain nature of methane combustion and is caused by the termination of reaction chains in the reactions of active intermediate particles with the inhibitor.
Действительно, учитывая экспериментальные данные по измерению концентрации атомарного водорода в пламени метана, достигающей 0,09% от всей смеси, константы скорости реакцииIndeed, given the experimental data on the measurement of the concentration of atomic hydrogen in a methane flame, which reaches 0.09% of the total mixture, the reaction rate constants
и межмолекулярной реакции О2 с CH4, равные соответственно 1,9·1014 exp (-8350К/Т) и 2·105T2,745exp (-26040 K/T) см3моль-1с-1, а также температуру в зоне горения, не превышающую 1800К, легко убедиться, что в пламени метана скорость реакции (I) более, чем в 200 раз превышает скорость молекулярной реакции О2 непосредственно с СН4. Таким образом, О2 расходуется в реакции (I), т.е. по пути образования атомов и радикалов несравненно больше, чем в молекулярной реакции с метаном. Реакция (I), приводящая к размножению свободных атомов и радикалов, является начальным актом разветвления цепей. Действительно, за реакцией (I) следуют быстрые реакции образующихся атомов и радикалов с метаном:and intermolecular reaction of O 2 with CH 4, equal respectively to 1.9 10 14 exp (-8350K / T) and 2 × 10 5 T 2,745 exp (-26040 K / T ) cm 3 mol -1 c 1, and the temperature in the combustion zone not exceeding 1800K, it is easy to verify that the reaction rate (I) in the methane flame is more than 200 times higher than the molecular reaction rate of O 2 directly with CH 4 . Thus, O 2 is consumed in reaction (I), i.e. along the path of atom formation and radicals incomparably more than in a molecular reaction with methane. Reaction (I), leading to the multiplication of free atoms and radicals, is the initial act of chain branching. Indeed, reaction (I) is followed by fast reactions of the resulting atoms and radicals with methane:
Радикалы при обычных температурах горения метана (выше 1500К) в значительной мере вступают в реакцииRadicals at ordinary combustion temperatures of methane (above 1500K), they significantly react
За этими реакциями следуют образование СО и регенерация атомов These reactions are followed by the formation of CO and the regeneration of atoms.
Совокупность этих многократно повторяющихся реакций и образует разветвленную реакционную цепь. В пламени важной является также реакцияThe combination of these repeatedly repeated reactions forms a branched reaction chain. In a flame, reaction is also important.
Не рассматривая другие реакции в механизме горения метана, отметим, что в отсутствие ингибитора обрыв цепей протекает при частичном участии радикалов и а также продуктов их реакций в процессахWithout considering other reactions in the methane combustion mechanism, we note that in the absence of an inhibitor, chain termination occurs with the partial participation of radicals and as well as products of their reactions in the processes
рекомбинации. Атомарный же водород осуществляет разветвление цепей по реакции (I).recombination. Atomic hydrogen, on the other hand, carries out chain branching according to reaction (I).
В реакцииIn the reaction
атомарный водород заменяется значительно менее активным носителем цепей. Поэтому в той мере, в какой метильные радикалы приводят к обрыву цепей, реакция выступает в качестве обрыва цепей и является стадией самоингибирования горения метана. Об этом свидетельствует то, что малые примеси метана ингибируют воспламенение горючих смесей.atomic hydrogen is replaced by a significantly less active chain carrier. Therefore, to the extent that methyl radicals lead to chain termination, the reaction acts as chain termination and is a stage of self-inhibition of methane combustion. This is evidenced by the fact that small methane impurities inhibit the ignition of combustible mixtures.
При наличии ингибитора протекает дополнительный эффективный обрыв цепей. Это прежде всего реакция присоединения атомов к молекуле ингибитора (RH):In the presence of an inhibitor, an additional effective chain termination proceeds. This is primarily the reaction of attachment of atoms to an inhibitor molecule (RH):
где R1 - алкильный радикал, который приводит в основном к обрыву цепей.where R 1 is an alkyl radical, which mainly leads to chain termination.
Энергия активации реакции (XI) не превышает 6,5 кДж/моль. Поэтому эта реакция эффективно конкурирует с реакцией размножения свободных валентностей (I).The activation energy of the reaction (XI) does not exceed 6.5 kJ / mol. Therefore, this reaction effectively competes with the reaction of the propagation of free valencies (I).
Поскольку скорость цепного процесса экспоненциально зависит от концентраций реагентов, то добавки СО2, разбавляя смесь, в значительной мере уменьшают скорость реакции и саморазогрев, этим способствуя превышению скорости обрыва цепей над скоростью разветвления. Это приводит к наблюдаемому ингибированию воспламенения и горения.Since the rate of chain process is exponentially dependent on the reactant concentrations, the addition of CO 2, diluting the mixture to a large extent reduce the reaction rate and the self-heating, these contributing overspeed chain termination rate over the junction. This leads to the observed inhibition of ignition and combustion.
Известно, что наиболее взрывоопасный диапазон содержания метана в воздухе, при котором происходит воспламенение, а затем взрыв, составляет от 4,0 об.% до 13,0 об.%, поэтому примеры в таблицах представлены именно для этого диапазона.It is known that the most explosive range of methane content in the air, at which ignition occurs, and then an explosion, is from 4.0 vol.% To 13.0 vol.%, Therefore, the examples in the tables are presented specifically for this range.
Ингибирующие данные предложенного газового состава при оптимальном соотношении С3Н6 и/или i-C4H8 1,5-4 об.% и диоксида углерода не более 15 об.% в защищаемом объеме представлены в таблице.The inhibiting data of the proposed gas composition with an optimal ratio of C 3 H 6 and / or iC 4 H 8 1.5-4 vol.% And carbon dioxide not more than 15 vol.% In the protected volume are presented in the table.
Данные таблицы свидетельствуют о том, что предложенные ингибиторы при содержании не более 4% от объема газовой смеси в защищаемом объеме эффективно предотвращают воспламенение и взрыв во всем опасном диапазоне метана в воздухе, что подтверждает технический результат.The data in the table indicate that the proposed inhibitors with a content of not more than 4% of the volume of the gas mixture in the protected volume effectively prevent ignition and explosion in the entire dangerous range of methane in the air, which confirms the technical result.
Заявленное техническое решение может быть использовано при проведении шахтных работ, при утечках метана на станциях перекачки, в технологическом процессе его производства, при хранении и транспортировке.The claimed technical solution can be used in mining operations, in methane leaks at pumping stations, in the technological process of its production, during storage and transportation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008146272/15A RU2385750C1 (en) | 2008-11-25 | 2008-11-25 | Non-flammable and explosion-proof methane-air mixture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008146272/15A RU2385750C1 (en) | 2008-11-25 | 2008-11-25 | Non-flammable and explosion-proof methane-air mixture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2385750C1 true RU2385750C1 (en) | 2010-04-10 |
Family
ID=42671078
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008146272/15A RU2385750C1 (en) | 2008-11-25 | 2008-11-25 | Non-flammable and explosion-proof methane-air mixture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2385750C1 (en) |
-
2008
- 2008-11-25 RU RU2008146272/15A patent/RU2385750C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Shebeko et al. | The influence of fluorinated hydrocarbons on the combustion of gaseous mixtures in a closed vessel | |
Azatyan et al. | Promotion and inhibition of the combustion of methane in oxidative gases with various oxygen concentrations by fluorinated hydrocarbons | |
RU2385750C1 (en) | Non-flammable and explosion-proof methane-air mixture | |
US4014799A (en) | Bromotrifluoromethane-containing fire extinguishing composition | |
Tregubov et al. | Cluster Mechanism of the Explosive Processes Initiation in the Matter | |
RU2329777C2 (en) | Method of preventing ignition and explosion of methane-air mixtures | |
Moen et al. | The influence of diluents and inhibitors on detonations | |
RU2368410C1 (en) | Gas composition for preventing inflammation and explosion of methane-air mixture | |
Shebeko et al. | Influence on fluorocarbons flammability limits in the mixtures of H 2-N 2 O and CH 4-N 2 O | |
RU2169597C1 (en) | Composition for prevention of inflammation and explosion of combustion mixtures | |
RU2321437C1 (en) | Fire-extinguishing gas composition to prevent methane-air mixes ignition and explosion | |
RU2187351C2 (en) | Method of preventing inflammation and detonation of combustible mixtures | |
Azatyan et al. | An influence of oxygen content in an oxidizing atmosphere on inhibitive action of fluorinated agents on a hydrogen flame | |
Golovastov et al. | Stability of acetylene–propane–butane and acetylene–hydrogen gas mixtures subjected to shock wave action | |
Azatyan et al. | Effect of diluents of various chemical nature on the flammability limits of gas mixtures | |
Azatyan et al. | Inhibiting the combustion of air-methane mixtures | |
RU2503473C1 (en) | Method of preventing detonation and destruction of stationary detonation wave with propane or propane-butane in hydrogen-air mixtures | |
Kopylov et al. | Effect of Oxidation of Fluorohydrocarbons and Fluorocarbons on Their Characteristics as Gas Combustion Suppressing Agents | |
RU2441685C2 (en) | Gas compound used to prevent inflammation and explosion of hydrogen-air mixtures | |
Kopylov | The influence of oxidation of HFC’s and FC’s on their fire extinguishing and explosion preventing characteristics | |
RU2434927C1 (en) | Method of preventing ignition and explosion of hydrogen-air mixtures | |
RU2430763C1 (en) | Two-component gas composition for prevention of methane-air mixture ignition and explosion | |
Rubtsov et al. | Influence of Cr (CO) 6 and Mo (CO) 6 on the critical conditions for ignition and the velocities of flame propagation for the chain-branching oxidation of hydrogen and propylene | |
RU2495696C1 (en) | Method of control over detonation of mixes of carbon and hydrogen with air | |
Azatyan et al. | Specific features of the inhibition of the combustion of propane-air and hydrogen-air mixtures by trifluoromethane and pentafluoroethane |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181126 |