本發(fā)明涉及發(fā)熱和產(chǎn)氣材料領域,具體地,本發(fā)明涉及一種適用于二氧化碳開采器加熱器的清潔高效產(chǎn)熱產(chǎn)氣劑及其制造方法。
背景技術(shù):
二氧化碳開采器是由一個高強度可以重復充填液態(tài)二氧化碳的金屬管、加熱器(發(fā)熱裝置)、充填機構(gòu)和定壓泄能機構(gòu)等組成。將開采器置于煤體鉆孔內(nèi),使用發(fā)爆器啟動加熱器,為內(nèi)部的液體二氧化碳加熱增壓,管道中壓力持續(xù)增大壓迫定壓泄能機構(gòu),使其中的定壓泄能片破裂,釋放出體積擴大600倍、壓力超過百兆帕的二氧化碳氣體,進行爆破落煤。該爆破方式有效避免了因放炮產(chǎn)生明火而引起瓦斯燃燒或爆炸事故,尤其適用于高瓦斯及煤與瓦斯突出的礦井爆破落煤,有利于煤礦安全生產(chǎn)。
2007年淮北煤礦與cardox公司合作開展了二氧化碳開采器的試用試驗,開采器表現(xiàn)出了良好安全性能和爆破效果。但二氧化碳開采器中加熱器(發(fā)熱裝置)為一次性使用產(chǎn)品,主要依賴進口,成本較高,限制了其在煤礦全面推廣和應用。開發(fā)低成本國產(chǎn)發(fā)熱裝置,降低使用成本顯得尤為迫切。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的技術(shù)解決的問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種安全穩(wěn)定、產(chǎn)熱高、產(chǎn)氣率高、氣體成份清潔、殘渣少且無毒無害、性價比高的清潔產(chǎn)熱產(chǎn)氣劑,適用于二氧化碳開采器加熱器(發(fā)熱裝置)。
本發(fā)明還提供了上述清潔產(chǎn)熱產(chǎn)氣劑的制造方法。
本發(fā)明還提供了上述清潔產(chǎn)熱產(chǎn)氣劑的使用方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種清潔高效產(chǎn)熱產(chǎn)氣劑,其特征在于包括下列質(zhì)量百分比組份:
燃 料:30%~50%,
氧化劑:50%~70%,
催化劑:0~2%,
工藝助劑:0~2%。
本發(fā)明的優(yōu)選配方為:
燃 料:30%~45%,
氧化劑:55%~70%,
催化劑:0~2%,
工藝助劑:0~1.5%。
所述的燃料為硝酸胍。
所述的氧化劑為硝酸銨或改性硝酸銨。
所述的催化劑為氧化銅、或亞鉻酸銅、或高氯酸鉀的一種或組合。
所述的工藝助劑為高嶺土、或粘土、或氮化硅的一種或組合。
本發(fā)明同時提供了上述清潔產(chǎn)熱產(chǎn)氣劑的制造方法,包括下列步驟:
(1)將經(jīng)過篩分、干燥后的物料按比例稱量后加入混合機中,如V型混合機、多向運動混合機、立體混合機等。
(2)將經(jīng)過混合的粉料過20目~80目標準篩,根據(jù)對藥劑不同啟動時間的要求,藥粉直接裝填使用或壓制成不同厚度和直徑的藥片后使用。
本發(fā)明的一種清潔產(chǎn)熱產(chǎn)氣劑的使用方法為直接將粉狀混合物壓裝入紙管中使用或造粒后裝入紙管中使用。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
(1)本發(fā)明與現(xiàn)常用堿式銅鹽和高氯酸鹽等比較,具有產(chǎn)氣率更高、產(chǎn)氣成分更為潔凈、燃燒后無殘渣等優(yōu)點,更適用于有人員工作的半封閉環(huán)境。
(2)本發(fā)明中加入對硝酸銨具有催化作用的金屬化合物,可以調(diào)節(jié)產(chǎn)熱產(chǎn)氣劑的點火性能和燃速。在液體二氧化碳高壓強氛圍內(nèi),少量催化劑的加入即能很大范圍內(nèi)調(diào)控產(chǎn)熱產(chǎn)氣劑的反應速度。與現(xiàn)常規(guī)發(fā)明比較,將金屬化合物用量降至最低。
(3)本發(fā)明中加入的氧化銅和亞鉻酸銅不參與反應,燃燒前后不發(fā)生變化,不影響燃氣成分;高氯酸鉀除作為催化劑外還起到氧化劑的作用,燃燒后轉(zhuǎn)變?yōu)闊o腐蝕、易清洗的KCl,對產(chǎn)氣成分無不利影響。
(4)本發(fā)明中加入的不參與反應的高嶺土、或粘土、或氮化硅,可增加藥粉的自粘性,使藥劑易于壓片成型。尤其是氮化硅的使用可使藥片表面光潔,防止藥片粘住壓片機模具,改善脫模性能。
(5)本發(fā)明產(chǎn)熱產(chǎn)氣劑,根據(jù)使用環(huán)境和啟動速度的要求,混合均勻的藥粉和壓制成型的藥片都可以用于產(chǎn)熱裝置,適應性強,應用形式多樣。
總之,提供了用于二氧化碳開采器產(chǎn)熱裝置的清潔產(chǎn)熱產(chǎn)氣劑和制造工藝,制造出的清潔高效產(chǎn)熱產(chǎn)氣劑具有極高的安全性,常壓下極難產(chǎn)生化學反應,高壓下可通過電信號引發(fā);安全穩(wěn)定、產(chǎn)熱高、產(chǎn)氣率高、氣體成份清潔、殘渣少且無毒無害、性價比高等優(yōu)點。本發(fā)明利用硝酸胍作為燃料,硝酸銨作為氧化劑確保了產(chǎn)氣產(chǎn)熱劑潔凈的燃氣、高的產(chǎn)熱和產(chǎn)氣率、高的熱穩(wěn)定性和安全性,常壓下藥劑難以點燃,但高壓下又可劇烈燃燒。金屬化合物的加入改善了點火性能,縮短了點火延遲時間,從而,保證產(chǎn)氣產(chǎn)熱劑的有效工作。基于本發(fā)明產(chǎn)氣產(chǎn)熱劑的安全性能高和易于成型,可將其以粉狀形式裝填使用,也可制成多種尺寸藥片、藥球進行裝填使用,拓寬了藥劑的使用范圍。
具體實施方式
下述實施例是為了更好的說明本發(fā)明配方和工藝的實施效果,但本發(fā)明不僅限于實施例。以下配比為質(zhì)量百分比。
實施例1
將42.6%的硝酸胍、1%的氮化硅和56.4%的硝酸銨,依次加入到多向運動混合機中,混合0.5小時,過篩出物料,獲得分散均勻一致的藥粉。將藥粉直接或壓片機上壓片后裝入內(nèi)徑為Ф12mm~Ф20mm的紙筒中,加裝點火器、堵頭和銅墊等即可應用。
初始壓強設定為10MPa,爆破壓強設定為270MPa,計算藥劑反應后生成主要氣體為(相比原藥劑質(zhì)量):N2,39.3%;H2O,44.2%;CO2,15.4%;無有害氣體CO生成,氮氧化物含量低于十萬分之二。
實施例2
將42.1%的硝酸胍、1%的粘土、55.9%的硝酸銨和1%的氧化銅,依次加入到多向運動混合機中,混合0.5小時,過篩出物料,獲得分散均勻一致的藥粉。將藥粉直接或壓片機上壓片后裝入內(nèi)徑為Ф12mm~Ф20mm紙筒中,加裝點火器、堵頭和銅墊等即可應用。
初始壓強設定為10MPa,爆破壓強設定為270MPa,計算藥劑反應后生成主要氣體為(相比原藥劑質(zhì)量):N2,38.9%;H2O,43.8%;CO2,15.2%;無有害氣體CO生成,氮氧化物含量低于十萬分之一。
實施例3
將43.1%的硝酸胍、1%的高嶺土、54.9%的硝酸銨和1%的高氯酸鉀,依次加入到多向運動混合機中,混合0.5小時,過篩出物料,獲得分散均勻一致的藥粉。將藥粉直接或壓片機上壓片后裝入內(nèi)徑為Ф12mm~Ф20mm紙筒中,加裝點火器、堵頭和銅墊等即可應用。
初始壓強設定為10MPa,爆破壓強設定為270MPa,計算藥劑反應后生成主要氣體為(相比原藥劑質(zhì)量):N2,39.0%;H2O,43.8%;CO2,15.5%;無有害氣體CO生成,HCl和氮氧化物含量合計低于十萬分之四。
實施例4
將41.3%的硝酸胍、1%的粘土和57.7%的改性硝酸銨(5%Ni2O3改性),依次加入到多向運動混合機中,混合0.5小時,過篩出物料,獲得分散均勻一致的藥粉。將藥粉直接或壓片機上壓片后裝入內(nèi)徑為Ф12mm~Ф20mm紙筒中,加裝點火器、堵頭和銅墊等即可應用。
初始壓強設定為10MPa,爆破壓強設定為270MPa,計算藥劑反應后生成主要氣體為(相比原藥劑質(zhì)量):N2,38.1%;H2O,43.0%;CO2,14.9%;無有害氣體CO生成,氮氧化物含量低于十萬分之一。
實施例5
將40.9%的硝酸胍、0.5%的粘土、0.5%的氮化硅、57.1%的改性硝酸銨(5% Ni2O3改性)和1%的亞鉻酸銅,依次加入到多向運動混合機中,混合0.5小時,過篩出物料,獲得分散均勻一致的藥粉。將藥粉直接或壓片機上壓片后裝入內(nèi)徑為Ф12mm~Ф20mm紙筒中,加裝點火器、堵頭和銅墊等即可應用。
初始壓強設定為10MPa,爆破壓強設定為270MPa,計算藥劑反應后生成主要氣體為(相比原藥劑質(zhì)量):N2,37.8%;H2O,42.5%;CO2,14.7%;無有害氣體CO生成,氮氧化物含量低于十萬分之一。
實施例6
將40%的硝酸胍、0.5%的高嶺土、0.5%的氮化硅和59%的改性硝酸銨(10% Ni2O3改性),依次加入到多向運動混合機中,混合0.5小時,過篩出物料,獲得分散均勻一致的藥粉。將藥粉直接或壓片機上壓片后裝入內(nèi)徑為Ф12mm~Ф20mm紙筒中,加裝點火器、堵頭和銅墊等即可應用。
初始壓強設定為10MPa,爆破壓強設定為270MPa,計算藥劑反應后生成主要氣體為(相比原藥劑質(zhì)量):N2,37.0%;H2O,41.6%;CO2,14.4%;無有害氣體CO生成,氮氧化物含量低于十萬分之一。
實施例7
將39.6%的硝酸胍、1%的氮化硅、58.4%的改性硝酸銨(10%Ni2O3改性)和1%的氧化銅,依次加入到多向運動混合機中,混合0.5小時,過篩出物料,獲得分散均勻一致的藥粉。將藥粉直接或壓片機上壓片后裝入內(nèi)徑為Ф12mm~Ф20mm紙筒中,加裝點火器、堵頭和銅墊等即可應用。
初始壓強設定為10MPa,爆破壓強設定為270MPa,計算藥劑反應后生成主要氣體為(相比原藥劑質(zhì)量):N2,36.6%;H2O,41.2%;CO2,14.3%;無有害氣體CO生成,氮氧化物含量低于十萬分之一。
實施例8
將43%的硝酸胍和57%的硝酸銨,依次加入到多向運動混合機中,混合0.5小時,過篩出物料,獲得分散均勻一致的藥粉。將藥粉直接或壓片機上壓片后裝入內(nèi)徑為Ф12mm~Ф20mm的紙筒中,加裝點火器、堵頭和銅墊等即可應用。
初始壓強設定為10MPa,爆破壓強設定為270MPa,計算藥劑反應后生成主要氣體為(相比原藥劑質(zhì)量):N2,39.7%;H2O,44.6%;CO2,15.2%;無有害氣體CO生成,氮氧化物含量低于十萬分之二。
實施例9
將40%的硝酸胍、59%的改性硝酸銨(10%Ni2O3改性)和1%的氧化銅,依次加入到多向運動混合機中,混合0.5小時,過篩出物料,獲得分散均勻一致的藥粉。將藥粉直接或壓片機上壓片后裝入內(nèi)徑為Ф12mm~Ф20mm紙筒中,加裝點火器、堵頭和銅墊等即可應用。
初始壓強設定為10MPa,爆破壓強設定為270MPa,計算藥劑反應后生成主要氣體為(相比原藥劑質(zhì)量):N2,37%;H2O,41.6%;CO2,14.4%;無有害氣體CO生成,氮氧化物含量低于十萬分之一。
本發(fā)明可用于但不僅僅用于二氧化碳開采器產(chǎn)熱裝置,未詳細說明部分屬本領域技術(shù)人員公知常識。