一种气化灰渣凝胶防灭火材料、使用方法及应用与流程

一种气化凝胶灭火材料用方及应与流1.本发明涉及灭火材料技术领，具体涉及一种气灰渣凝胶防灭火料、使用方法及应用背技：2.我国煤炭资丰富，大小煤田布全国各地，煤炭是目前我国的主能源，在能源结构占据主导地位。着煤炭开采技术高速发展，新建、建矿井增多和开采度、开采深度增，矿井防灭火问显得尤为突出，煤自燃火灾防治形式越来越严峻。按去的经验只要是自燃煤层工作面，盲目的采取所有的有防灭火技术措，比如枣矿集团煤矿单个工作面就取了注水、注黄泥、注粉煤灰浆、洒阻化剂、注氮注惰性泡沫等灭火法，以上方法和术虽然在抑制煤自燃方面起到了大的作用，但也存一些局限性。首先水、注浆等方法于材料的自身重力作用，浆液会低处流淌不能在高处存，难以扑灭高处面积火源。注氮灭火技术较好，但采空区密封高浓度氮气存在效率低运行成本高、技复杂等难题。3.此外，目前开的高分子防灭凝胶类或高分子复材料，由于其一采用单一的吸水材料其复合材料只是纯地考虑降低材成本，加入一些低本的黄泥、粉煤灰无机材料，在使过程中，高分子吸水树脂在溶水成凝胶时吸水效果大折扣且过一段时凝胶会析水最终干结失去果。4.近年来，研者开发出一种新的灭火剂—凝胶灭火剂。凝胶灭剂是由凝胶和水按照一定例混合形成的胶。现阶段凝胶灭剂中的凝胶材料主分为无机凝胶(如水璃)和高分子凝胶(如聚丙酰胺和聚丙烯酸凝胶)，它们各自具有不同的质。无机凝胶灭剂的网状骨架结是无机材料，热稳性好，在高温下缓失水产生水蒸气吸收大量热，从能有效降低温度，体无毒无害、不污环境，对设备无蚀性，成胶工艺单，便于现场应用但成本相对较高。分子凝胶灭火剂过在黄土、细砂矿粉、泥砂、粉煤等浆液中加入少量些亲水性材料(基料)，使浆液稠度增加，观上更加均匀，具有良好的变性，但是泥浆浓度过大，则流性很差，容易阻塞路，并且由于制时需要大量的粉灰和黄土，具有定的运输成本，故度越大，则成本也越高。因此急需发一种成本低、水速度慢、成胶速快、无污染且防效率好的防火凝材料。技实要素：5.本发明的目是为了克服现有术中的问题，提供种气化灰渣凝胶灭火材料。6.本发明的目之一是提供了一气化灰渣凝胶防灭材料，由以下质分数的原料组分组成：0.25％-0.5％的分散悬浮、1％-1.66％的胶凝、1％-2％的促凝剂，其为灰渣浆液；中，所述灰渣浆由气化灰渣和水合制成，气化灰渣和的水灰质量比为2：0.4～2。7.较佳地，分悬浮剂为羧甲基维素或钠基膨润土8.较佳地，胶剂为羟甲基丙基维素。9.较佳地，促剂为碳酸钠、乙钠或磷酸钠。10.本发明的目的二是提供气化灰凝胶防灭火材料的用方法，将灰渣液、分散悬浮剂入搅拌机中混合5～10分，待混合均匀后过管道输送至矿井着火区域及堵区域，按照实防灭火需求，在送管道末端加入胶剂和促凝剂制成胶时间可控的灌浆灭火材料。11.本发明的目的三是提供气化灰凝胶防灭火材料在防采空区煤自燃面的应用。12.与现有技术相，本发明的有益果是：13.本发明的一种化灰渣凝胶防灭材料，将气化灰渣液与分散悬浮剂分混合，有利于提气化灰渣浆液的浮效果，从而有避免堵管现象，便运输。14.本发明的一种化灰渣凝胶防灭材料，在气化灰渣液中加入胶凝剂能够显著提高气化渣凝胶的热稳定、保水率和强度胶凝剂的加入能够水分子固定在网状架中，同时与气颗粒物间发生交作用使其颗粒物填在高分子网状胶体构之间，还能起填充和增加强度作用，增强了其防火效果。15.本发明的一种化灰渣凝胶防灭材料，气化灰渣浆加胶凝剂防灭火理：气化灰渣浆入一定量的胶凝，再加入一定比的促凝剂即可通过学反应形成的复合体。复合胶体中主体骨架为网状构，泥浆中的气化渣则主要以混合物质的形态充填于状结构骨架之间由于气化灰渣浆添胶凝剂后，水被固在凝胶网状结构，因而其蒸汽压低，在高温下失水度较慢。自由水在100℃近吸收热能使分运动平均能量加，部分能量高水分子脱离分子的相互作用而成气态。由于复合体中的水分与网状构的骨架间作用力于水分子间力，以其脱水速度比慢得多。16.本发明的一种化灰渣凝胶防灭材料，在气化灰渣液中加入促凝剂能够调节浆液的ph值，进了浆液成胶，短了胶凝时间，够较好地应对井中的火灾突发事，达到火灾防治目的。17.本发明的一种化灰渣凝胶防灭材料，其组成安全靠，在灭火时不产生毒气带来次生失，且灭火后的留物不会造成环污染，使用安全，洁环保。18.本发明的一种化灰渣凝胶防灭材料，实现了气化渣的有效利用，我国煤制油产业绿低碳、循环发展到指导意义和作。附图说明19.图1为本实施烟煤原煤样程序温过程中co在不同温度下的变化20.图2为本实施烟煤原煤样程序温过程中c2h4在不同温度下的变；21.图3为本实施无烟煤原煤样程升温过程中在不同度下的变化；22.图4为本实施无烟煤原煤样程升温过程中c2h4在不同温度下的化；23.图5为本实施褐煤原煤样程序温过程中co在不同温度下的变化24.图6为本实施褐煤原煤样程序温过程中c2h4在不同温度下的变。具体实施方式25.下面结合附图1-6，对本发明的具实施方式进行细描述，但应当解本发明的保护围并不受具体实施方式限制。基于本发中的实施例，本域普通技术人员在有做出创造性劳动前提下所获得的有其他实施例，属于本发明保护的围。26.实施例127.本发明提供的种气化灰渣凝胶灭火材料，由以下量分数的原料组组成：0.5％的分散浮剂、1.33％的胶凝剂、1.33％的促剂，其余为灰渣液；其中，所述渣浆液由气化灰和水混合制成，化灰渣和水的水灰量比为2：1；28.其中，分散悬剂为羧甲基纤维，胶凝剂为羟甲基基纤维素，促凝为碳酸钠。29.实施例230.本发明提供的种气化灰渣凝胶灭火材料，包括由下质量浓度的原组分组成：灰渣浆、0.5％分散悬浮剂、1.33％胶凝剂1.33％促凝剂，中，所述灰渣浆液由化灰渣和水混合成，气化灰渣和的水灰质量比为2：1.5；31.其中，分散悬剂为羧甲基纤维，胶凝剂为羟甲基基纤维素，促凝为碳酸钠。32.实施例333.本发明提供的种气化灰渣凝胶灭火材料，包括由下质量浓度的原组分组成：灰渣浆、0.5％分散悬浮剂、1.25％胶凝剂1.33％促凝剂，中，所述灰渣浆液由化灰渣和水混合成，气化灰渣和的水灰质量比为2：2；34.其中，分散悬剂为羧甲基纤维，胶凝剂为羟甲基基纤维素，促凝为碳酸钠。35.实施例436.本发明提供的种气化灰渣凝胶灭火材料，由以下量分数的原料组组成：0.5％的分散浮剂、1.33％的胶凝剂、1.33％的促剂，其余为灰渣液；其中，所述渣浆液由气化灰和水混合制成，化灰渣和水的水灰量比为2：1；37.其中，分散悬剂为钠基膨润土胶凝剂为羟甲基丙纤维素，促凝剂碳酸钠。38.实施例539.本发明提供的种气化灰渣凝胶灭火材料，由以下量分数的原料组组成：0.5％的分散浮剂、1.33％的胶凝剂、1.33％的促剂，其余为灰渣液；其中，所述渣浆液由气化灰和水混合制成，化灰渣和水的水灰量比为2：1；40.其中，分散悬剂为羧甲基纤维，胶凝剂为羟甲基基纤维素，促凝为乙酸钠。41.实施例642.本发明提供的种气化灰渣凝胶灭火材料，由以下量分数的原料组组成：0.5％的分散浮剂、1.33％的胶凝剂、1.33％的促剂，其余为灰渣液；其中，所述渣浆液由气化灰和水混合制成，气化灰渣和水的灰质量比为2：1；43.其中，分散悬剂为羧甲基纤维，胶凝剂为羟甲基基纤维素，促凝为磷酸钠。44.分散悬浮剂羧基纤维素cmc属于高分子合物，通过静电间位阻效应使固体在浆液中形稳定的分散体系当向cmc加入气化灰渣浆液后，方面，cmc在溶液中发电离，带负电性，甲基可以通过氢、静电作用与气化渣颗粒结合；另方面，cmc的聚合物骨架构与纤维素相似在侧链上存在大量亲水基团，链则在溶剂中充伸展，并且水溶中为薄片状和线状化分子聚集体的分均匀，形成孔隙寸较小且形态复的，在固/液界面处形成一层屏障阻，阻了固体颗粒沉降本发明的预防采区煤自燃的防灭火料中的分散悬浮剂cmc有于提高气化灰浆液的悬浮效果从而有效避免堵现象。45.上述的一种预采空区煤自燃的灭火材料，胶凝剂甲基丙基纤维素hpmc属于线性分子材料，溶于后与浆液中的固颗粒结合，在凝胶子周围形成水分子层既能降低凝胶粒的表面能，又能止凝胶粒子相互靠。首先，会形成一数量的聚集体，后聚集体间的距逐步缩小。最终产含有大量水的网络构，即形成凝胶本发明的预防采区煤自燃的防灭火材料中的胶凝剂提高防灭火材料的热定性，将水分子定在网状构架中使失去流动性，减弱水分损失，增强其防灭火效果。46.上述的一种预采空区煤自燃的灭火材料，促凝剂na2co3，其特征在于，因为na2co3水溶在水中完全电离得到na和hco3-。由于hco3-会发生水解反应生成co32-和oh-，因此溶液呈碱。随着na2co3的添加，浆液液ph值升高，促进了液成胶，缩短了胶凝间，能够较好地对矿井中的火灾发事故，达到火灾治的目的。47.上述气化灰渣胶防灭火材料的用方法，所述将灰浆液、分散悬浮加入搅拌机中混合～10分钟，待混合均匀后行管道输送，按实际防灭火需求，在输送管道端加入胶凝剂和凝剂制成胶凝时可控的灌浆防灭火料；上述预防采区浮煤自燃的材通过灌浆管道灌至煤矿着火区域及堵区域。该应用对障煤矿安全高效采提供帮助。同气化灰渣属于三废放物，该应用实现气化灰渣的有效用，对我国煤制产业绿色低碳、循发展起到指导意义作用。48.试验例1：49.利用程序升温序和气相色谱，过对比分析，对气灰渣浆添加分散浮剂、胶凝剂、促剂在抑制烟煤氧自燃过程的作用果进行分析验证。50.实验对比材料配比如表1：51.52.下面分对表1中的材料进行程序温实验，并采用相色谱仪分析co与c2h4在40℃220℃的浓度变化：53.由图1、图可以看出：54.(1)由程序温过程中取得的煤气体数据进行分析，烟煤co在80℃出现，之后随温度加含量呈指数级长；55.(2)c2h4是130℃之后出现，随后其浓也是随温度增加指数级增长。而对于经过cacl2、气化灰渣凝胶处过的煤样，co和c2h4气体也分别100℃和130℃产生，且浓度较大但气体浓度与原样相比均表现出不幅度的下降。56.(3)凝胶对煤处理后，产生co和c2h4气体浓度相比烟煤原样分别下降了52.1％和38.2％57.煤与氧气在升氧化过程中，生co、co2以及其他产物，反应方为：58.coalo2→mcogco2其他物(1)59.根据化学反应力方程阿伦尼乌方程可知，任意温下煤氧之间发生学反应的反应速率：[0060][0061]由式(2)可知co的反速率为：[0062][0063]式中，v(y)为应速率；tk为煤体的热力学度，k；k0为指数前因子m为反应级数；为空气氧气摩尔浓度，mol/m3ea为活化能，kj/mol；r气体常数，8.314kj/(k·mol)。[0064]由于原始煤体中在一定原始的co2，而煤内一般不存在原的co气体，因此在任意温度时氧反应速率以co计量。[0065]设经加热后的干气仅沿煤样罐的向流动，且煤样量与保持不变，沿样罐轴向某处煤体co生成速率为：[0066]s·vcodx＝k·vg·dc(4)[0067]式中，s为煤罐的截面积，m2；vco为co的生成速，mol/m3；k为单位换算系，22.4×109；c为煤氧过程中co生成量，ppm；vg为气流速率，m3/s。[0068]将(4)带入式(3)两边分并取自然对数：[0069][0070]由式(5)可知，根lncout与1/ti计算并作图，得斜率k即可求出煤样的活能ea。[0071]按上述方法对程升温过程中经气色谱所测浓度分取40℃、60℃、80℃、100℃、120℃的浓度进行计算作图处理，即得到煤煤样经防灭火化材料处理前后的活能。如表2所示。[0072]表2烟煤反应的活能(kj/mol)[0073][0074]煤样经cacl2和凝处理后其活化能一定幅度的提升。煤在经气化灰渣胶处理后，在程升温氧化自燃过中，其活化能分增加了11.12kj/mol，增长幅度分别为18.6％。说明化材料的加入降了煤的氧化反应速，抑制了煤氧反进程。凝胶处理后活化能大于cacl2处理后活化能，说明阻性能优于cacl2。[0075]实验例2：[0076]利用程序升温程和气相色谱，通对比分析，对气灰渣浆添加分散悬剂、胶凝剂、促剂在抑制无烟煤化自燃过程的作效果进行分析验证[0077]实验对比材料和比如表3：[0078][0079]下面分别对表3中材料进行程序升实验，并采用气相谱仪分析co与c2h4在40℃至220℃浓度变化：[0080]由图3、图4可看出：[0081](1)经气化灰渣凝处理后的无烟煤样比经cacl2处理后的煤样气体度下降的幅度更大，co在起始温度40℃开始出现当温度升高至220℃时原煤co浓度达到10073ppm，而经cacl2和气化渣凝胶处理后的样co浓度分别下降至8527ppm和6242ppm，下幅度分别为15.3％和38.1％；[0082](2)经气化灰渣凝处理后的煤样出c2h4气体的起始温度则由160℃上升至170℃，在220℃浓度则由6.86ppm下降至4.45ppm2.35ppm，经cacl2和气化灰渣凝胶处后的煤样产生的c2h4下降幅分别为35.1％和65.8％，说明气化灰渣凝胶阻化效果优于常的阻化剂cacl2。[0083]煤与氧气在升温化过程中，生成co、co2以及其产物，反应方程：[0084]coalo2→mcogco2其他物(1)[0085]根据化学反应动方程阿伦尼乌斯程可知，任意温下煤氧之间发生化反应的反应速率为[0086][0087]由式(2)可知co的反速率为：[0088][0089]式中，v(y)为应速率；tk为煤体的热力学度，k；k0为指数前因子m为反应级数；为空气氧气摩尔浓度，mol/m3ea为活化能，kj/mol；r气体常数，8.314kj/(k·mol)。[0090]由于原始煤体中在一定原始的co2，而煤内一般不存在原的co气体，因此在任意温度时氧反应速率以co计量。[0091]设经加热后的干气仅沿煤样罐的向流动，且煤样量与保持不变，沿样罐轴向某处煤体co生成速率为：[0092]s·vcodx＝k·vg·dc(4)[0093]式中，s为煤罐的截面积，m2；vco为co的生成速，mol/m3；k为单位换算系，22.4×109；c为煤氧过程中co生成量，ppm；vg为气流速率，m3/s。[0094]将(4)带入式(3)两边分并取自然对数：[0095][0096]由式(5)可知，根lncout与1/ti计算并作图，得斜率k即可求出煤样的活能ea。[0097]按上述方法对程升温过程中经气色谱所测浓度分取40℃、60℃、80℃、100℃、120℃的浓度进行计算作图处理，即得到烟煤煤样经防灭阻化材料处理前后的化能。如表4所示。[0098]表4无烟煤反应的化能(kj/mol)[0099][0100]无烟煤经cacl2和胶处理后其活化有一定幅度的提升无烟煤在经气化渣凝胶处理后，程序升温氧化自过程中，其活化增加了4.18kj/mol，增长幅度分别为6.5。说明阻化材料加入降低了煤的化反应速率，抑制煤氧反应进程。胶处理后的活化大于cacl2处理后的活化能，说阻化性能优于cacl2。[0101]实验例3：[0102]利用程序升温程和气相色谱，通对比分析，对气灰渣浆添加分散悬剂、胶凝剂、促剂在抑制褐煤氧自燃过程的作用果进行分析验证。[0103]实验对比材料和比如表5：[0104][0105]下面分别对表1中材料进行程序升实验，并采用气相谱仪分析co与c2h4在40℃至220℃浓度变化：[0106]由图5、图6可看出：[0107](1)对于用作发电燃料、化工原料褐煤，与无烟煤和煤相比，其co和c2h4气体浓度相对上升；[0108](2)对于褐煤原煤，其co浓度在70℃达到94.82ppm，c2h4在度出现，浓度为1.569ppm，温升高至200℃时，co和c2h4气体度分别达到19703ppm和88.86ppm；经cacl2和气化渣凝胶处理后的样co浓度分别降至15038ppm和9242ppm，下幅度达到21.2％和51.5％c2h4气体的在200℃时浓则由88.86ppm下降67.45ppm和49.35ppm，下幅度分别为24.1％和44.5％。[0109]煤与氧气在升温化过程中，生成co、co2以及其产物，反应方程：[0110]coalo2→mcogco2其他物(1)[0111]根据化学反应动方程阿伦尼乌斯程可知，任意温下煤氧之间发生化反应的反应速率为[0112][0113]式(2)可知co反应速率为：[0114][0115]式中，v(y)为应速率；tk为煤体的热力学度，k；k0为指数前因子m为反应级数；为空气氧气摩尔浓度，mol/m3ea为活化能，kj/mol；r气体常数，8.314kj/(k·mol)。[0116]由于原始煤体中在一定原始的co2，而煤内一般不存在原的co气体，因此在任意温度时氧反应速率以co计量。[0117]设经加热后的干气仅沿煤样罐的向流动，且煤样量与co2保持不变，沿煤罐轴向某处煤体co生成速率为：[0118]s·vcodx＝k·vg·dc(4)[0119]式中，s为煤罐的截面积，m2；vco为co的生成速，mol/m3；k为单位换算系，22.4×109；c为煤氧过程中co生成量，ppm；vg为气流速率，m3/s。(4)带入式(3)两边积分并取自对数得：[0120][0121]由式(5)可知，根lncout与1/ti计算并作图，得斜率k即可求出煤样的活能ea。[0122]按上述方法对程升温过程中经气色谱所测浓度分取40℃、60℃、80℃、100℃、120℃的浓度进行计算作图处理，