CN102639814A - 用作防范可采掘有机物料起火和***风险的手段的浸渍液 - Google Patents

Abstract

本发明涉及来自淀粉工业并且称作“玉米浆”的浓缩浸渍液的用途，作为防范起火风险和粉尘***风险的手段，所述起火风险由自动加热引起，所述粉尘***风险由所述可燃有机物料中包含的颗粒和微粒以及在所述可燃有机物料的自动加热、储存、运输或处置期间释放的易爆气体引起。根据本发明，用水将所述浓缩浸渍液稀释，并且将其与待处理物料以合适的比例混合，所述合适的比例使得以最多等于6％的筛下粉末比例获得不大于315μm的“P指数”筛下颗粒。

Description

用作防范可采掘有机物料起火和***风险的手段的浸渍液

技术领域

本发明涉及来自淀粉工业并且称作“玉米浆”的浓缩浸渍液的用途，其作为防范火灾风险和粉尘***风险的手段，所述火灾风险由自动加热引起，所述粉尘***风险由来自自然资源产业的含有可燃有机粉尘的物料中包含的颗粒和微粒以及在所述可燃有机物料的自动加热、储存、运输或处置期间释放的易爆气体引起。

背景技术

由可燃有机物料构成时，来自自然资源产业(矿山、采石场、加工工业等)的物料是与所述物料特征相关的自动加热所致的起火的源头和下述***的源头，其中所述的***与所述物料引起的有机粉尘和归咎于自动加热、在其储存、运输和/或处置所述有机物期间的易爆气体释放相关。

就限制粉尘排放而言，已经开发了与保护人类和与尊重环境相关的几种工艺。

就采用含有淀粉的产物限制自然资源产业可燃有机物料***的风险而言，可以提到文献GB 1492238，该文献在从煤层采掘煤操作的范围内公开了以下工艺：在开挖以采掘煤的洞中注入所述产物，从而产生煤层的水压裂缝，以通过基于细菌的微生物手段氧化而部分地除去甲烷，并且润湿粉尘，因而在洗煤期间减少粉尘。该工艺使用包含所谓的化学产品和淀粉的高粘度含水组合物。此外，除了可注入高粘度产品之外，该工艺进一步包括采掘时在煤层中添加压缩空气、氢氯酸溶液，另一方面添加优选地加热至几百度的溶液，随后注入水蒸汽以除去冷凝物。

换句话说，该工艺的目的是采掘时大量地(以微生物方式发挥作用的高粘度溶液，同时补充性注入加热至几百度的氢氯酸溶液，随后是水蒸汽)移走煤中所含有的甲烷，这具有在采掘和洗涤时防止粉尘的作用。

另一份文献WO9100866最具体地公开了为抑制粉尘产生而设计的化学含水组合物的作用。

所述文献均未涉及这样的具体问题，所述具体问题与自动加热所致的起火风险相关，并且与颗粒细度的***风险相关(大多与所述物料在其采掘后的微粒细度相关(粉尘***))、与由易爆气体(一氧化碳)释放所引起的***(气体***)的风险有关(进一步涉及自动加热)，或与储存、运输和/或处置期间的混合粉尘和气体***有关。

但是另一方面，就防范所述风险而言，实行了不同的预防和后续技术，然而迄今，它们中没有一项考虑作为可以导致起火的主要原因的物料颗粒细度和凝结水气固定，其中所述的起火因自动加热或粉尘***、气体***或混合(粉尘-气体)***所致。

以下数据是理解导致发现浓缩浸渍液未曾被认识到的特征的科学及实验途径所必需的，它们源自INERIS(法国国家工业环境与风险研究所)的最终报告，名为″

de sécuritéincendie et explosion des installationshouillères jour et sidérurgiques″的1996年欧洲煤钢共同体(CECA)公约第7262/03/307/03号，和涉及释放可燃粉尘的有机物料的同一家机构的数据。

对可采掘有机物料自动加热所致着火现象的分析

煤和焦炭储存和扩展：具有可采掘来源的有机物料引起潜在的火源，结果导致产品自动加热。这种风险意味这种类型前提的主要危险。

煤和焦炭自动加热现象基本上取决于：

-临界储存尺寸，其在大多数情况下超标；

-产品内部出现的氧化反应；

-初始温度；

-水分固定。

取决于反应性，如果说煤或焦炭的氧化速率多多少少地较低，然而所述氧化速率对大尺寸储存具有显著影响，其中在大尺寸存储中临界尺寸大大超标。另一方面，这种随温度上升而增加的氧化速率在所贮存物料的粒度下降时也增加，因为在这种情况下，可能受调整的比表面大大增加。此外，储存中的凝结水分固定大大促进储存温度升高，这加速氧化现象并且明显加快自动加热。实际上，约1％水分的凝结引起温度显著增加约20℃。

通常，对于大多数煤或焦炭而言，起火爆发要求最低可燃能量形式的补充能量超过体系活化能的能垒。为实现燃烧，还需要达到将会出现具有火焰状外观的反应的最低温度。这种温度称作燃烧或着火温度。

在高分子量物质如煤或焦炭的情况下，分解应当在燃烧温度达到之前充分发生。这些现象耗费的时间称作诱导期。只有当可以看见火焰时，这才称作燃烧。

当温度增加时，诱导期缩短。诱导期还取决于压力、燃料浓度，物料类型，因此取决于其反应性及其添加含量。样品体积越明显，热积累将越容易。

为防止与自动加热相关的风险，还建议对于给定的仓库温度，以低于临界体积的量储存煤或焦炭，或在惰性气氛下作业。在现实中，这两种可能性没有实现，临界尺寸通常小(几米)并且对露天储存而言，不能考虑在惰性气氛下储存。

煤或焦炭在室温的氧化速率极低，并且仅在大尺寸料堆(large-sizedlots)的自动加热现象发挥有效作用，而且这种作用也需要在极长时间之后才能发生。这是从煤或焦炭储存温度(室温)至超过自动加热发生约70°-80℃的温度所需要的时间。

另一方面，当粒度下降时，氧化温度增加。实际上，当粒度分析下降时，颗粒的比表面增加并且因此可以与空气氧反应的表面也增加。

黄铁矿含量也是影响氧化速率的一个因素。充分分散的小颗粒(大比表面)形式的黄铁矿的存在促进自动加热，而大块黄铁矿的存在不导致显著的发热速率增加。

然而，这种反应仅可以起到开始加温的作用，因为黄铁矿仅在极潮湿的气氛中快速氧化。自80℃向上，可能的是，煤迅速干燥，但是煤本身的氧化速率随后达到已经足以允许加温过程直至化学氧化继续的值。

因此，除了煤和/或焦炭的反应性之外，煤或焦炭颗粒的细度和凝结水分固定，在自加热现象所致的燃烧中也很重要。

对可采掘有机物料释放的粉尘或混合物(粉尘和气体)***现象的分析

***是气体、煤尘或二者与空气的混合物在受限或部分受限空间中的快速燃烧，其中产生的热比在该环境中丢失的热大得多。

与煤和其他类似物料相关的工业中，***与处置或研磨燃料时形成的大量粉尘有关。***也可以归因于贮煤场自动加热期间形成的热解或不完全燃烧气体(一氧化碳)。

由燃烧源产生的能量启动位于附近的颗粒燃烧。在这种热源的作用下，煤尘的热解出现，从而产生可点燃的挥发性复合燃料。反应速率很高，原因是燃料比表面很大。如果燃烧云足够稠密，则辐射和对流将附近的颗粒加温并且***因而逐步传播。

活性空气和“冷”煤颗粒混合物(室温)转化成“热”燃烧产物(1200-2000℃)。穿越火焰的空气颗粒混合物因此维持强烈的热膨胀(体积增加至少5倍)。膨胀现象是***期间在受限或部分受限空间内观察到的压力效应的原因。

在开放环境下，如地面上储料，仅观察到伴有很弱超压但具有明显热效应的火球。这是“突然燃烧(flash)”。

在封闭的外壳中，压力的影响明显更大(最大超压为约5至10bar)并且可以导致装置的摧毁。在这种情况下，该术语是***。

***是执行以下特定参数的具体的燃烧：

-粉尘必须处于悬浮状态以形成与空气接触的巨大表面；

-粉尘浓度必须是足够的(高于最低***浓度)；

-环境必须受到局限，以便压力可以增加。

为了抑制任何***风险，重要的是抑制产生燃烧或点燃现象的原因之一。

除了对发生有机粉尘***所必需的粉尘进行燃烧和点燃表征之外，还必须满足涉及粉尘及其细度的不同条件，以及粉尘浓度和燃烧处于一个或多或少受限的环境并且更特别地处于封闭环境中。

因而煤或焦炭颗粒细度在***现象中是重要的。

发明内容

已经通过含有植物蛋白的组合物实施分析，目的在于选择同时符合以下描述的那些组合物：

-通过使颗粒并且特别是使煤或焦炭类型的可采掘有机产品的微粒牢固团聚，而增加颗粒的尺寸；

-持久地防止对颗粒和微粒发挥润湿剂作用的凝结水分固定。

这些组合物还指这样的组合物，它们容易获得和实施并且具有与涉及的应用相容的成本。

基于液体溶液中植物蛋白的被测试组合物已经具体地选自源于淀粉工业的浸渍液，并且更具体地是根据以下工艺源自玉米的那些浸渍液，所述工艺包括在浸渍步骤中添加二氧化硫(SO₂)，从而允许分离玉米的不同组分(矿物质、氨基酸、磷酸盐、钾碱等)以浓缩后获得称作“玉米浆”的浸渍液。

为研究这种组合物，主要特征、分析和测定已经由位于Millénaire，685 Rue Louis Lépine，34000蒙彼利埃的蒙彼利埃Centre d′Etudes et d′Essaisof the CEBTP-SOLEN在2008年七月至九月的90日期间实施。

特别易于含有粉尘和易遭遇自动加热风险的所选择物料是石油焦。

所选择的组合物是“玉米浆”，一种浓缩浸渍液，参考SOLULYS 048E，由ROQUETTE公司市售。

其物理特征是：干物质＝48％，C/N＝3.33，无机物质＝9.4％，有机物质＝38.6％，pH＝4.1，密度＝1.2g/cm³。

化学特征是：总氮＝3.55％，土壤K₂O＝3.05％，P₂O₅＝3.63％，MgO＝0.7％，Ca＝0.03％，SO₃＝0.005％。

该组合物目前用作：

-烃源和氮源，作为载体以通过发酵形成产生抗生素、维生素或氨基酸的细菌菌株和蘑菇；

-在修复受污染土壤的情况下或在起火后毁林和高速公路规划边缘地带的情况下，用于发展植物物种的氮源：

-用于生产(也即通过挤出)动物饲料和营养物质的粘合剂；

-生产粪肥和肥料颗粒的造粒粘合剂；

-用于果树的叶肥。

随后实施所述测定，目的在于寻找与最终粘合特征和润湿特征相关的新的和原始的特异性，其中所述的特征相对于涉及的应用而言是持久的。

通过以下方式实现优异结果：用水稀释所述的浓缩浸渍液并且与待处理物料以合适的比例混合，所述合适的比例使得以最多等于5％的筛下颗粒比例获得不大于315μm的“P指数”筛下颗粒。

该结果在下述情况下获得：

-范围从2至8％的水稀释率；

-相对于待处理物料，范围从3至12％的剂量率。

在具备有机源的产品(如煤和焦炭)上施加测试的组合物使得随自动加热而来的起火风险明显降低，这归功于润湿效果和颗粒牢固团聚，从而增加颗粒的尺寸，降低凝结水分固定并且防止温度的任何大幅度增加，这有助于防止内部氧化现象并且因此阻止任何自动加热和***效应。

组合物的施加还导致极显著地降低环境危害，其中随着所述环境危害的降低，可以缩减预防和控制措施、节省财源，具体地在以下方面减少：

-地面上储料相对于盛行风的取向；

-将会受到抑制的烟囱效应；

-可以防止的压实作用；

-储料管理，其可以极大地缓解；

-储料监管，其可以减少，储料监管与临时温度控制相关。

所检验的植物性组合物是这样的产品，其含有从谷物获得的水溶性植物蛋白或由淀粉工业产生的蛋白质脂肪和/或浸渍液。

具有液体稠性的这种湿润、天然、无毒并且生物可降解的组合物可以稀释于水中，同时易于施加，可以用于不同施加技术中如借助适应性斜道(adapted ramps)的喷洒、喷雾、雾化。

作为无机和/或有机颗粒和微粒(如煤或焦炭)的润湿及固定剂使用时，例如，它允许所述颗粒和微粒在几个月期间牢固团聚并且增加细颗粒的尺寸。

作为给定的水稀释率和施加中的剂量率的函数，这种组合物的施加允许在几个月期间：

a)就具有可燃有机粉尘的物料如煤或焦炭的危险而言：

-明显降低随自动加热而来的起火风险，这归功于通过以下方式使颗粒牢固团聚：增加颗粒的尺寸、降低凝结水分固定并且允许防止温度大幅度增加，这有助于防止内部氧化现象并且有助于阻止任何自动加热和起火效应。

-降低粉尘和/或气体***的风险，这还归功于颗粒和微粒牢固团聚和颗粒尺寸的增加；

-减少在预防因自动加热所致起火的范围内实施的预防措施(地面上储料的取向、烟囱效应、压实作用、储料管理、储料监管...)；

-减少由ICPE(环境保护分类装置)危险研究范围内测定的起火和***隔绝间隙；

b)就粉尘而言：

-减少甚至完全并且持久地抑制扬尘，从而额外地有助于改善环境空气的质量；

-最小化对健康的影响，其中所述的影响由环境空气中存在的PM10并且首先由PM2.5引起，并且特别地最小化涉及煤和焦炭源有机粉尘的一切影响；

-遵守法规并且在大部分情况下防止关于污染物的强制性年度申报，其中所述申报必须因50吨/年的PM10阈值和150吨/年的总粉尘阈值而提交；

-通过减少环境不适感和对植被、农业、景观、栖息地和物资、纪念碑和建筑遗产造成的影响或冲击，有助于环境保护；

c)就盈利性而言：

-减少随风吹和处置而来的物料损失以及废弃物；

-最小化监管成本、控制成本和预防成本；

-获得可以随之而来的财务收益，一种买方形式的财务收益(未考虑与监管、控制和预防相关的成本下降)。

-降低，甚至抑制污染性活动一般税(General Tax on Polluting Activitie，T.G.A.P.)颗粒的成本，以进一步拓宽自2009年1月1日起在法国适用并且还在欧盟适用的T.G.A.P的量。

总而言之：

-本发明涉及采掘后的活动，其意指：储存、运输和/或处置；

-所述组合物，即本发明的目的，不用于采掘期间并且不用作洗涤期间的润湿剂；当储存或处置时，它在之后使用，并且它充当润湿剂，其中所述润湿剂在几个月期间赋予该组合物可持续的耐久性，从而允许通过造粒作用防止有机物料(煤或焦炭)自动加热和扬尘，这归因于润湿性质并且不归因于文献GB 1492238的增湿性质也不归因于甲烷氧化或部分移除。

此外，所述文献使用了包含所谓的化学产品和淀粉的高粘度含水组合物，而所述组合物，即本发明的目的，使用来自淀粉工业的天然和生物性产物。

通过用作为本发明目的的组合物替换文献GB 1492238中所用的组合物，在采掘时不能出现相同的作用，并且另一方面，在采掘时不会出现作用，这是因为本发明的组合物仅可以作用于已经采掘的具有或多或少细粒度的物料，而不可以作用于煤层中大量存在的待采掘物料。

附图说明

当阅读作为非限制性实例给出并且在附图中描述的本发明优选实施方案的至少之一时，本发明的特征和优点将更明显。

在这些图中：

-图1是取决于筛目(单位mm)的筛下颗粒率(undersize particles rate)在不同时间段的图示；

-图2是不大于0.315mm的筛下颗粒随时间(日)变化(％)的图示；

-图3是在不同稀释率(3.5和7％)时取决于溶液比例(以0/Dmax分数表示)的不大于0.315mm的筛下颗粒(在比例45.6％下的校正值)的图示。

具体实施方式

所述测定包括：

-由蒙彼利埃CEBTP/SOLEN在2008年七月-九月期间跟踪物料试验样本的粒度演变(evolution)、含水量和表观密度对法国赛德市赛德港散货船码头的影响，随后由本发明人从2008年十月至2009年七月就温度方面进行跟踪，旨在保证代表性外部条件(试验标本代表约50吨质量)；

-一项优化研究，该研究允许通过改变所测试组合物在水稀释的混合物中的比例，随后相对于所处理物料的量改变该混合物的比例(称作剂量)而确定筛下颗粒率和表观密度的演变。

演变跟踪主要地指：

-含水量；

-密度；

-粒度；

下表汇总了施加所测试组合物时涉及含水量(W)和表观密度(ρ)的跟踪数据，所述组合物是以5％稀释纯产品，并且在物料上以10％投放，所述物料的密度在处理前是0.720t/m³。

根据这种项跟踪研究，可以指出：

-含水量变动小；

-密度保持基本上不变；

下图显示，取决于时间，在粒度测定跟踪数据中，在施加所测试的组合物之前，不大于315μm的筛下颗粒达到15％并且不大于80μm的筛下颗粒达到7.7％(混合物以5％稀释并且以10％投放)。通过跟踪评价不超过315μm的筛下颗粒率完成该研究。

物料粒度测定分析

图1提供了在不同时间段取决于筛目(单位mm)的筛下颗粒率；

图2提供不大于0.315mm的筛下颗粒随时间(日)的变化(％)。

从下表提取相关的数据：

根据这项粒度测定跟踪研究，显而易见，自施加发挥润湿和固定剂作用的测试组合物以来，细颗粒和极细颗粒(大于315微米)团聚。

其意义首先涉及细颗粒和极细颗粒，：

-主要涉及具有小于315μm直径的细颗粒和极细颗粒，约6％的所述筛下颗粒在至少3个月几乎保持不变；

-其次涉及粗得多的颗粒，尺寸不大于25mm的颗粒。随后，可以说施加测试组合物允许在几个月期间牢固地固定扬尘的细颗粒和极细颗粒源。

优化的研究允许根据所测试的组合物在水中稀释的比例和这种稀释的组合物在待处理物料中的剂量来确定细颗粒率。

涉及所测试组合物在水中稀释的3个比例：3％、5％和7％，该研究在3个月后在0/5mm分数的被处理物料(石油焦)中实施，其中已经校正所述研究的结果，以考虑所有粒度测定中的所有被处理物料。

以下图表显示这项优化研究，其中可以检验，剂量率增加时，与3和5％稀释率相对应的曲线倾向于彼此联合(蓝色：3％，红色：5％和绿色：7％)。

图3是取决于溶液比例(以0/Dmax分数表示)的0.315mm的筛下颗粒(在45.6％比例下的校正值)在不同稀释率(3％、5％和7％)时的图示。

所讨论的图由下表完成，其中所述的表汇总了多项式形式的校正、四舍五入的数据：P＝ad+b，其中P是筛下颗粒％，d是剂量％并且b是来自优化研究的常量，其取决于稀释率，例如：在5％稀释率，对于d＝1而言，11.50＝-0.991+12.491。

这些测定显示：

不大于315μm的筛下颗粒和混合物的剂量成正比，无论组合物稀释率是多少：

-对于3％和5％稀释率，在产品中，从占混合物的7％开始，结果基本上相同，在所述产品中不大于315μm的筛下颗粒占约6％以获得约0％至12.6％的混合物。

-稀释率7％允许极显著地改善所述结果，筛下颗粒在7％的混合物情况下占3％至以获得0％至10.3％的混合物；

-可以容易地外推出6％稀释率：它采取以下多项式形式：P＝-0.952d+10.952，其中对于11.5％的剂量，不大于315μ的筛下颗粒是0，筛下颗粒少于3％至7％的混合物的情况。

所测试组合物的施加具有以下优点：

-牢固地团聚颗粒和微粒，这允许增加颗粒的尺寸，如上文所示；

-防止凝结水分固定，以5至7％稀释于水中的测试组合物发挥了使颗粒和微粒团聚的润湿和固定剂作用，因此防止这种水分固定。

为了检验这些要素，已经在用测试组合物处理的石油焦储料和未处理的石油焦储料中记录储料内部温度。不需要评论这种验证，在下表中参考所述验证的数据，已经处理的储料的温度没有改变(从2008年七月至2009年七月在储料内部超过1米处记录温度)。

根据实施方式的一项变例，稀释的浸渍液将与所谓的黑色皂(savonnoir，黑肥皂)(油+碱性溶液)混合以增加组合物的润湿性能。

相关的比例将不超过5％。

显然，使用并且改进已知的手段，本领域技术人员将能够如所公开和描述那样实施本发明。

他还可以预见不超过由权利要求所决定的本发明范围的其他变型。

Claims (9)

1.来自淀粉工业并且称作“玉米浆”的浓缩浸渍液的用途，作为在可燃有机物料的自动加热、储存、运输或处置期间防范起火风险和粉尘***风险的手段，所述起火风险由自动加热引起，所述粉尘***风险由来自自然资源产业的可燃有机物料中包含的颗粒和微粒以及释放的易爆气体引起。

2.根据权利要求1所述的浓缩浸渍液的用途，其物理特征是：干物质＝48％，C/N＝3.33，无机物质＝9.4％，有机物质＝38.6％，pH＝4.1，密度＝1.2g/cm³。

3.根据权利要求1所述的浓缩浸渍液的用途，其化学特征是：总氮＝3.55％，土壤K₂O＝3.05％，P₂O₅＝3.63％，MgO＝0.7％，Ca＝0.03％，SO₃＝0.005％。

4.根据权利要求1、2或3所述的浓缩浸渍液的用途，用水将所述浓缩浸渍液稀释，并且将其与待处理物料以合适的比例混合，所述合适的比例使得以最多等于6％的细颗粒比例获得不大于315μm的“P指数”筛下颗粒。

5.根据权利要求4所述的稀释浸渍液的用途，水稀释率的范围为从2至8％。

6.根据权利要求4所述的稀释浸渍液的用途，将所述稀释浸渍液以不超过5％的比例添加至黑色皂。

7.根据权利要求5或6所述的稀释浸渍液的用途，相对于所述待处理的物料，所述稀释浸渍液的剂量率的范围为从3至12％。

8.根据权利要求7所述的稀释浸渍液的用途，通过位于连续传送带区域的适应性斜道进行喷洒、喷雾或雾化，设置所述连续传送带从而使得待处理的物料维持连续反转，在添加或未添加所述“玉米浆”的情况下，所述待处理的物料的均匀性良好。

9.根据权利要求7所述的稀释浸渍液的用途，用于处理来自自然资源产业的物料，所述物料选自石油焦、煤、煤焦炭。