專利名稱：粉塵控制和結冰控制產品的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種被發(fā)現(xiàn)可用于粉塵控制和結冰控制(freezecontrol)的產品。該產品可用于含顆?；蝾w粒物質的表面上。
背景技術：
由土路上的交通和處理帶有顆粒物質的散裝物品所引起的粉塵會產生顯著的健康、環(huán)境和安全問題。在采礦設施、工業(yè)場所和建筑場所，塵霧形成明顯地限制了各種操作。同樣，當各種類型的粉塵被吸入時，可能會發(fā)生健康、環(huán)境和安全問題。
已知的粉塵控制劑包括油脂，例如木質素磺酸鹽分散體之類的造紙副產品，以及任選地含有例如氯化鎂、氯化鈣或氯化鈉之類的各種鹽的水。而且，例如美國專利第6,589,442號所述，粗妥爾油(tall oil)和植物油的部分皂化混合物在水中乳化后，也可用作粉塵控制劑。
然而，當溫度下降至冰點之下時，粉塵控制出現(xiàn)了進一步的問題。在寒冷的冬天，即使在冰點下溫度下粉塵問題依然存在，特別是在例如采煤的操作中。而且，即使沒有粉塵問題，剛開采的煤也可能帶有大量能夠結冰的水分。在煤表面和煤內部的水分結冰會引起大塊的煤聚集成塊，形成難以處理的更大的煤塊。同樣，在寒冷的冬天，這些水分可能會使煤塊結冰在運輸煤的底卸卡車和火車車廂的金屬壁上，這會引起原料處理的問題。同樣的情況也適用于其他分離的物質，在任何溫度下處理這種煤以及其他顆粒物品如沙子都可產生粉塵。
需要找到一種即經濟又非常有效的試劑，它能控制結冰以防止即使在非常低(大約在20℃以下)的溫度下潮濕的顆粒物質的聚集和粘結，同時也在任何溫度控制粉塵。

發(fā)明內容
本發(fā)明的第一方面是一種粉塵控制和結冰控制產品，其中所述產品包括大約45至大約90wt％的甘油、大約5至大約50wt％的水和大約2至大約15wt％的水溶性鹽的混合物，且其中所述產品的冰點不超過大約-20℃，例如大約-35℃。
本發(fā)明的第二方面是一種包括粗甘油溶液的粉塵控制和結冰控制產品，其中所述的粗甘油溶液包括甘油、水和水溶性鹽，且其中所述的粗甘油溶液來源于植物油、或者作為從植物油形成脂肪酸的生物柴油(biodiesel)生產工藝的副產品而形成。
本發(fā)明的第三方面是一種防止顆粒物質在冰點下溫度聚集和粘結到表面上的方法，其包括使用有效量的結冰控制產品，其中所述的產品包括甘油、水和水溶性鹽的有效混合物，其量足以將顆粒物質的表面濕潤并基本防止其在使用溫度下結冰，從而抑制顆粒物質的聚集和其與表面(例如火車車廂、底卸卡車和傳送帶的金屬表面)的粘結。同樣，通過直接施用于這些表面，本發(fā)明的產品也可以在有或者沒有顆粒物質存在的條件下，以飛機機翼除冰的方式防止在這些表面上結冰。
本發(fā)明的第四方面是一種防止從顆粒物質產生粉塵的方法，該方法包括將粉塵控制產品施用于所述的顆粒物質，其中所述的產品包括甘油、水和水溶性鹽的有效混合物，其量足以使顆粒物質的表面濕潤并基本防止從所述的顆粒物質產生粉塵。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種基本上可以在任何溫度使用的廉價和環(huán)保的新型長效粉塵控制和結冰控制劑，但相對于其它試劑其特別有優(yōu)勢的是在冰點下溫度(subfreezing temperature)，該產品用于控制由土路以及顆粒物質堆所產生的粉塵，同時能夠防止?jié)耦w粒物質的結冰聚集和結冰粘結。
本發(fā)明的第一方面是一種粉塵控制和結冰控制產品，該產品典型地包括大約45至大約90wt％的甘油、大約5至大約50wt％的水和大約2至大約15wt％的水溶性鹽(例如氯化鈉或氯化鉀)的混合物；甘油是從化學品供應公司獲得的市售產品。
任何水源，包括自來水和原水(raw water)，可用于供應濃縮產品所需的水。
關于所包括的水溶性鹽的要求，已經發(fā)現(xiàn)如果需要，氯化鈣也可以與氯化鈉或氯化鉀一同加入、或者作為氯化鈉或氯化鉀的替代物。也可使用其他無機和有機鹽。這些無機和有機鹽是制劑化學領域普通技術人員所公知的。
該產品還可以包含痕量的其他成分，例如但不限于游離脂肪酸及其酯和醇(例如甲醇)。相信這些痕量的其他成分不會明顯降低產品的粉塵控制特性。也相信這些痕量的其他成分不會明顯降低產品的冷凍保護特性。因此，這些痕量物質在產品中是可容忍的，但一般所有這些物質總共不超過產品的大約5wt％。
如上所述，本發(fā)明是一種粉塵控制和結冰控制產品，其包括大約45至大約90wt％的甘油、大約5至大約50wt％的水和大約2至大約15wt％的水溶性鹽的混合物。該產品的優(yōu)選組成是大約50至大約90wt％的甘油、大約5至大約45wt％的水和大約3至大約10wt％的水溶性鹽。該產品的一些實施方式包括大約60至大約90wt％的甘油、大約5至大約38wt％的水和大約4至大約10wt％的水溶性鹽。
本發(fā)明的第二方面是一種包括粗甘油溶液的粉塵控制和結冰控制產品，其中所述的粗甘油溶液包括甘油、水和水溶性鹽，且其中所述的粗甘油溶液來源于植物油或者作為從植物油形成脂肪酸酯的生物柴油生產工藝的副產品而形成。
粗甘油可以在制備脂肪酸的過程中或通過使用循環(huán)植物油作為源物質而來源于植物油。一種這樣的衍化(derivation)是從由至少一種選自大豆油和菜籽油的油來制備脂肪酸酯的生產工藝中形成粗甘油。另一種衍化使用來自快餐店的循環(huán)植物油作為粗甘油的源物質。從動物和植物油衍化粗甘油的其他方法對于甘油領域普通技術人員來說是公知的。優(yōu)選使用得自植物油的粗甘油，該植物油是從油籽得到的。
粗甘油還可以作為從植物油形成脂肪酸酯的生物柴油生產工藝的副產品而形成，優(yōu)選特別是大豆油和菜籽油的乙酯和甲酯。但是也可以使用其他油脂。生物柴油生產工藝是公知的。從來自生物(尤其是油籽)的含脂肪油生產生物柴油有三種基本路線，即(1)堿催化的油的酯交換作用；(2)直接酸催化的油的酯交換作用；(3)油轉變?yōu)槠渲舅?，然后成為生物柴油?br> 現(xiàn)在生產的大多數(shù)生物柴油一般是使用堿催化反應進行的，因為脂肪酸直接轉化為酯形式的轉化率很高，同時副反應最少且反應時間最短。例如，100磅包括脂肪酸甘油三酯的植物油可以與適當量(例如10磅)乙醇或甲醇反應，得到大約10磅甘油和大約100磅生物柴油質量的脂肪酸甲酯或乙酯。當然，可以使用不同比例和類型的成分。
反應中使用的堿一般是氫氧化鈉或氫氧化鉀，其通過標準的振蕩或混合而分散在所使用的醇(一般為乙醇或甲醇)中。然后，將醇/堿混合物投入至密閉反應容器中，并且加入植物油。然后將系統(tǒng)閉合，盡管一些系統(tǒng)推薦反應在室溫下進行，但一般在大約71℃(160)保持大約1至8小時的時間。過量的醇通常用于確保幾乎全部的脂肪/油轉變?yōu)轷バ问健?br> 一旦反應結束，形成兩種主要產物粗甘油和生物柴油脂肪酸酯。過量的醇可以通過蒸餾或其他常規(guī)方式回收，且粗甘油通常從沉降容器的底部分離。由于氫氧化鈉或氫氧化鉀的存在，粗甘油在堿側。優(yōu)選用酸如鹽酸中和，從而在甘油中形成無機鹽。
該中和粗甘油就是本發(fā)明第二方面的產品。粗甘油副產品非常廉價，其比可從其精制而成的純甘油便宜得多，因此本發(fā)明中使用的物質是一種經濟的粉塵控制和結冰控制劑，其在極低溫度下仍然可以使用，并且對于沉降塵土也非常有效。
來源于植物油或來自生物柴油工藝的包括粗甘油的產品一般包括大約78至84wt％的甘油、大約7至大約16wt％的水和大約6至大約9wt％的無機鹽。粗甘油也可以含有痕量對其效能沒有有害影響的物質，如粉塵控制劑或結冰調節(jié)劑。這些痕量物質一般為大約0.5至大約3wt％的乙醇或甲醇、脂肪酸及其酯。
本發(fā)明的第三方面是一種防止顆粒物質在冰點下溫度聚集和粘附到例如金屬車廂、料箱和傳送帶表面的表面上的方法。該方法包括將有效量產品施用到所述顆粒物質上和/或直接施用到金屬表面上，該產品包括甘油、水和水溶性鹽的混合物。
本發(fā)明的第三方面涉及一種防止例如煤、鐵礦石、鋁土礦、木屑等的顆粒物質聚集的方法。煤被視為一種“顆粒物”，即使大多數(shù)煤可能發(fā)現(xiàn)是有點大的塊狀。在極冷條件下，金屬表面特別容易粘結濕煤塊或其他顆粒礦石，因為金屬具有高熱傳遞性，而且煤和其他某些顆粒狀礦石儲存在金屬車廂中并且在金屬料斗車、火車車廂和傳送帶中運輸。
本發(fā)明產品的優(yōu)點在于使用了已知其冰點較低的含水甘油混合物，加上水溶性鹽如氯化鈉的存在，與純甘油和水相比，提供了意想不到的、極大的、額外的冰點降低，因此即使當該產品另外用水稀釋時，仍然容易在冰點下溫度使用。例如，該物質的冰點一般不超過-20℃，例如大約-35℃。
例如，已知50％純甘油水溶液在至少大約-25℃(-13)的溫度開始結冰，確切地說，其在至少大約-29℃(-20)發(fā)生結冰。相反，本發(fā)明的產品包括大約50wt％甘油并含有氯化鈉，已經發(fā)現(xiàn)其直至溫度達到至少大約-35℃(大約-31)仍未開始結冰，確切地說，其在至少大約-40℃(-40)發(fā)生結冰。
通過將產物中水溶性鹽如氯化鈉的量增加至大約10wt％或更多的水平，其冰點會進一步降低。
因此，即使在嚴冬條件下該產品也可以作為抗凝結劑和抗粘劑使用，而不會遇到產品結冰所帶來的問題。該產品可用于顆粒物質，或者其可以直接施用于金屬表面以防止顆粒物質由于結冰引起的粘結，或者其可以直接施用于表面如傳送帶(或飛機機翼和冷卻塔)上以防止積冰，即使不存在顆粒物質時。
本發(fā)明的產品可以從Nalco Company，1601 W.Diehl Road，Naperville，IL 60563，(630)305-1423購得。
該產品可任選地用水稀釋以減少所處理的表面每平方米的成本。水稀釋的用量可根據(jù)條件變化，并且可以在使用場所根據(jù)顆粒物質的性質和該區(qū)域的溫度來確定，這些場所可以是土路、煤堆、沙堆或類似場所。基于產品的用量，典型的稀釋度是大約10至大約400或500wt％的水。然后將這種稀釋的混合物施用于道路、煤堆(如火車車廂或料斗車內的煤)、沙堆或類似場所，以減少粉塵的擴散。該產品也可用于防止顆粒物在低溫下聚集。
當本發(fā)明的產品用于控制結冰時，即防止顆粒物質包括成塊物質聚集以及防止其與特別是軌道車、傳送帶和類似物的金屬表面粘結時，即使防止空氣中的粉塵不是主要因素，通常優(yōu)選其在施用時包含大約40至大約60wt％的甘油。
“有效量”指的是產品的用量足以將顆粒物質的表面和/或其他表面濕潤，以便基本防止其在使用溫度下結冰、并抑制顆粒物質聚集和其粘結到表面上。
如前所述，該產品特別適用于冰點下溫度，因為直至達到優(yōu)選為至少大約-35℃或更低溫度時其才開始結冰。該產品通過防止存在的水結冰而充當用于防止顆粒物質(如煤)聚集和其粘結到特別是例如火車車廂或傳送帶的金屬表面的結冰控制劑。
本發(fā)明的第四方面是一種防止由顆粒物質產生粉塵的方法，其包括對所述的顆粒物質施用粉塵控制產品，該產品包括甘油、水和水溶性鹽的有效混合物，其濃度和用量足以將顆粒物質的表面濕潤，從而基本防止從所述的顆粒物質產生粉塵。
在一個實施方式中，一種防止由顆粒物質產生粉塵的方法包括對所述的顆粒物質施用粉塵控制產品，其中所述的產品包括大約45至大約90wt％的甘油、大約5至大約50wt％的水和大約2至大約15wt％的水溶性鹽的混合物。
本發(fā)明的第四方面中使用的產品是本發(fā)明第一方面的產品或本發(fā)明第二方面的產品。
已經發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的產品對粉塵控制非常有效，顯示在任何溫度下其抑制周圍空氣中產生粉塵的能力優(yōu)于許多其他的粉塵控制劑。
當抑制粉塵為主要因素時，在使用時本發(fā)明的產品一般優(yōu)選含有大約20至80wt％水平的甘油。
下面的實施例和上面的公開內容用于描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式和用途，其并不意味著限制本發(fā)明，本發(fā)明的范圍由所附權利要求限定。
具體實施例方式
實施例1-粉塵控制粗甘油水溶液作為產物從生物柴油合成工藝中獲得，該工藝使用大豆油或菜籽油作為原料，甲醇和氫氧化鈉作為加入的反應物，在常規(guī)商業(yè)條件下進行。得到的粗甘油成分以常規(guī)方式分離，用鹽酸中和。在本實施例中，得到的粗甘油溶液包括大約80wt％的甘油、大約10至大約11wt％的水、大約7wt％的氯化鈉和大約1至大約2wt％的脂肪酸及其甲酯。
該產品施用到位于沙子和砂礫加工廠中的土路，用作粉塵控制物質。第一次施用是作為大約70wt％的上述產品和加入的大約30wt％的水的混合物而施用。4周后，施用“維持量”(大約20wt％的產品和大約80wt％的水的混合物)來維持所需的粉塵控制水平。所達到的粉塵控制水平被認為是可接受的，且用戶對該產品提交了很大的訂單，以便將其在該土路上用作粉塵控制劑。
該產品可用水稀釋至仍然能夠提供所需效應的任何程度。
實施例2-結冰控制發(fā)電廠的工作人員不希望收到凍結在一起的煤塊，這些煤塊很難卸載，必須在用作發(fā)電廠鍋爐的燃料之前打碎。
煤從煤加工廠至發(fā)電廠是在開放式火車車廂中運輸?shù)?，在冬季，在冰點下溫度，眾所周知的是煤在一周至兩周內以潮濕、結冰的狀態(tài)到達，處理起來非常困難。
在2003年12月期間，實施例1的粗甘油溶液用水稀釋，當煤離開傳送帶、裝上火車車廂時，使用噴嘴(其施用粗甘油溶液)將粗甘油溶液施用到要被裝載在開放式火車車廂中的煤上。該溶液在施用時包括大約60至大約65wt％的粗甘油溶液和加入的大約35至大約40wt％的水。在施用時，該物質的用量水平為每噸煤大約2至大約4品脫。
發(fā)電廠立即注意到他們接收到的凍結在一起或“結塊”的煤減少了，并要求在整個冬季該物質以正常狀態(tài)使用。
類似處理的煤在冰點下條件運輸時，不會明顯地粘結到金屬傳送帶。傳送帶也可直接用實施例1的溶液噴灑，以抑制積冰。
上述內容僅用于說明，不應以此來限制本申請的發(fā)明范圍，本發(fā)明的范圍由下面的權利要求限定。
權利要求
1.一種粉塵控制和結冰控制產品，其中所述的產品包括大約45至大約90wt％的甘油、大約5至大約50wt％的水和大約2至大約15wt％的水溶性鹽的混合物，其中所述產品的冰點不超過大約-20℃。
2.根據(jù)權利要求1的產品，其中所述的鹽包括氯化鈉。
3.根據(jù)權利要求1的產品，其中所述的鹽包括氯化鈣。
4.根據(jù)權利要求1的產品，其進一步包括大約0.5至大約3wt％的脂肪酸及其酯。
5.根據(jù)權利要求1的產品，基于所述產品的用量，其進一步用大約10-400wt％的水稀釋。
6.一種包括粗甘油溶液的粉塵控制和結冰控制產品，其中所述的粗甘油溶液包括甘油、水和水溶性鹽，且其中所述的粗甘油溶液來源于植物油或者作為由植物油形成脂肪酸酯的生物柴油生產工藝的副產品而產生，其中所述產品的冰點不超過-20℃。
7.根據(jù)權利要求6的產品，其是從由至少一種選自大豆油和菜籽油的油來制備脂肪酸酯的生產工藝中產生的，且其中所述的產品包括大約78至84wt％的甘油、大約7至大約16wt％的水和大約6至大約9wt％的無機鹽。
8.一種防止顆粒物質在冰點下溫度聚集和粘結到表面上的方法，其包括施用有效量的結冰控制產品，其中所述的產品包括大約45至大約90wt％的甘油、大約5至大約50wt％的水和大約2至大約15wt％的水溶性鹽的混合物。
9.根據(jù)權利要求8的方法，其中基于所述產品的用量，所述產品進一步用大約10-400wt％的水稀釋。
10.根據(jù)權利要求8的方法，其中所述的鹽包括氯化鈉。
11.根據(jù)權利要求8的方法，其中所述的鹽包括氯化鈣。
12.根據(jù)權利要求8的方法，其中所述的產品含有大約0.5至大約3wt％的脂肪酸及其酯。
13.根據(jù)權利要求8的方法，其中所述的顆粒物質是煤。
14.根據(jù)權利要求8的方法，其中攜帶了有效量所述產品的所述顆粒物質在冰點下條件下置于軌道車或底卸卡車中，由此，所述的顆粒物質不會明顯聚集或粘結到車上。
15.根據(jù)權利要求8的方法，其中攜帶了有效量所述產品的所述顆粒物質在冰點下條件下置于傳送帶上，由此，所述的顆粒物質不會明顯地聚集或粘結到傳送帶上。
16.一種防止從顆粒物質產生粉塵的方法，其包括對所述的顆粒物質施用粉塵控制產品，其中所述的產品包括大約45至大約90wt％的甘油、大約5至大約50wt％的水和大約2至大約15wt％的水溶性鹽的混合物。
17.根據(jù)權利要求16的方法，其中基于所述產品的用量，所述的產品進一步用大約10至大約400wt％的水進行稀釋。
18.根據(jù)權利要求16的方法，其中所述的鹽包括氯化鈉。
19.根據(jù)權利要求16的方法，其中所述的產品含有大約0.5至大約3wt％的脂肪酸及其酯。
20.根據(jù)權利要求16的方法，其中所述的顆粒物質是煤。
21.根據(jù)權利要求1的產品，其包括大約60至大約90wt％的甘油、大約5至大約38wt％的水和大約4至大約10wt％的水溶性鹽。
22.根據(jù)權利要求6的產品，其包括大約60至大約90wt％的甘油、大約5至大約38wt％的水和大約4至大約10wt％的水溶性鹽。
23.一種防止顆粒物質在冰點下溫度聚集和粘結到表面上的方法，其包括對所述的顆粒物質施用結冰控制產品，該結冰控制產品包括甘油、水和水溶性鹽的有效混合物，其濃度足以將所述顆粒物質的表面濕潤并基本防止其在使用溫度下結冰，從而抑制所述顆粒物質聚集和粘結到金屬表面上。
24.根據(jù)權利要求23的方法，其中所述的顆粒物質是煤。
25.根據(jù)權利要求23的方法，其中所述的結冰控制產品直接施用到所述金屬表面。
26.一種防止由顆粒物質產生粉塵的方法，其包括對所述的顆粒物質施用粉塵控制產品，該粉塵控制產品包括甘油、水和水溶性鹽的有效混合物，其濃度足以將所述顆粒物質的表面濕潤并基本防止從所述的顆粒物質產生粉塵。
27.根據(jù)權利要求26的方法，其中所述的顆粒物質包括土路。
28.根據(jù)權利要求26的方法，其中所述的鹽包括氯化鈉。
29.一種防止暴露在冰點下溫度的表面積冰的方法，其包括對所述的表面施用結冰控制產品，該結冰控制產品包括甘油、水和水溶性鹽的有效混合物，其濃度足以將所述顆粒物質的表面濕潤并基本防止其在使用溫度下結冰，從而抑制所述的積冰。
30.根據(jù)權利要求29的方法，其中所述的表面是金屬表面。
31.根據(jù)權利要求29的方法，其中所述的表面包括用于顆粒物質的傳送帶的表面。
32.根據(jù)權利要求29的方法，其中所述的結冰控制產品包括大約45至大約90wt％的甘油、大約5至大約50wt％的水和大約2至大約15wt％的水溶性鹽的混合物。
33.根據(jù)權利要求32的方法，其中所述的鹽包括氯化鈉。
全文摘要
本發(fā)明說明和要求了一種粉塵控制和結冰控制產品，其中該產品包括大約45至大約90wt％的甘油、大約5至大約50wt％的水和大約2至大約15wt％的水溶性鹽的混合物。該產品可以用基于該產品量的大約10至大約400wt％的水稀釋。該產品的冰點例如可以為大約－35℃。該產品可以使用市售化學品合成，或者其可以來自植物油，或者其可以是從植物油形成脂肪酸酯的生物柴油制備工藝的副產品。
文檔編號C09K3/22GK101031629SQ200580033305
公開日2007年9月5日 申請日期2005年3月8日 優(yōu)先權日2004年9月30日
發(fā)明者B·L·特蘭, S·巴塔查爾吉 申請人:納爾科公司