專利名稱：約束化學品排放的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于約束(restmin)化學品排放(discharge)的方法和系 統(tǒng)，更具體地，本發(fā)明涉及用于約束危險化學品從貯器中意外排放的方法 和系統(tǒng)。
相關技術的描述
危險材料被用于很多對經(jīng)濟和公眾很重要的應用中。例如，危險液體 被用作交通工具的燃料，用于給居室和辦公室加熱和降溫，和用作清潔劑 和/或大量商品生產(chǎn)的中間體。
每天都有數(shù)百萬噸的爆炸性的、有毒的、腐蝕性的、可燃的、輻射性 的和其它危險液體被運輸。這些危險材料通過飛機、卡車、火車或輪船轉 移，少則幾盎司，多則數(shù)千桶。經(jīng)常的，這些危險材料會從居住密集區(qū)或 環(huán)境敏感區(qū)經(jīng)過，意外的溢出會導致人員受傷、死亡或嚴重的環(huán)境破壞。
用于固定危險液體和處理泄漏危險液體的方法已經(jīng)被人們所知。比 如，US4341078描述了一種通過向液體中注入聚合物顆粒和低溫致冷劑的漿 料來固定存放于貯器中的液態(tài)鹵化芳族化合物的工藝。致冷劑的汽化引起 聚合物在液體中分散，從而導致它們的快速分散，隨后形成橡膠狀的固 體。
US4383868描述了一種用于處理泄漏的危險液體(如無水氟化氫和濃 縮氫氟酸)的方法，通過使液體與包含聚丙烯酰胺和聚(烷基)丙烯酸烷 基酯兩者的固態(tài)顆?；旌衔锝佑|以在液體表面產(chǎn)生凝膠狀的膜。該專利建 議可以通過機械裝置向液體提供聚合物混合物，例如那些用于分散固態(tài)顆 粒狀滅火材料的機械裝置。
US6177058描述了氟化氫(HF)和聚丙烯酸鈉或聚丙烯酰胺的凝膠狀 混合物，氟化氫從中被回收。盡管有了這些發(fā)展，仍然需要快速約束危險 材料的方法，尤其是在貯器中的危險材料的意外泄漏風險增加的條件下。

發(fā)明內容
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了用于約束化學品排放的組合物、方法和系統(tǒng)，包括將
危險材料與本發(fā)明中的接合劑(binding agent)迅速接觸。在一些優(yōu)選的具 體實施方式中，危險材料被置于貯器(receptacle)或容器(container)中。 優(yōu)選的，在預知事件(比如貯器的突然減速或提升(listing)而導致危險材料 從該貯器中排放或泄漏的風險增加)存在的情況下，驅使所述接合劑與危 險材料接觸。危險液體與接合劑接觸形成組合物，其降低了危險材料意外 排放到周圍環(huán)境的可能性和/或在發(fā)生排放的情況下減小了排放引起的破 壞。例如，接合劑可為凝膠形式，和/或可以是原位形成的凝膠，并被操作 用于吸收和/或限制危險材料，因此，如貯器翻倒和減貯器受到結構性破壞 時危險材料從貯器中泄漏的可能性減小。接合劑可以形成蒸汽壓低于環(huán)境 壓力的組合物，從而降低危險材料通過蒸發(fā)泄漏的可能性。因此，本方法 顯著減小了危險材料泄漏或以別的方式意外排放到環(huán)境中的風險。
因此，本發(fā)明的一個方面是約束化學品排放的方法，包括(a)在使 得危險材料從貯器中意外排放或泄漏的風險增加的至少一種預知事件發(fā)生 時，向盛有液態(tài)危險材料的貯器中展開(deploy)接合劑；和(b)使危險 材料與所述接合劑接觸以形成組合物，該組合物包含至少一部分危險材料 和所述接合劑，并具有下列性質中的至少一種(1)固態(tài)或半固態(tài)、 (2)在環(huán)境條件下測得的高于危險材料粘度的粘度、(3)在環(huán)境條件下測 得的低于危險材料蒸汽壓的蒸汽壓、和(4)在環(huán)境條件下測得的大于危險 材料表面張力的表面張力。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供危險化學品的約束系統(tǒng)，其包括貯 器，其具有用于容納液態(tài)形式的危險材料的內部； 一個或多個包含接合劑 和推動劑的模塊，所述模塊具有與該貯器內部液體連通的易碎表面；檢測 器(優(yōu)選的位于儀器內)，用于檢測危險材料從貯器中意外排放或泄漏的 風險增加的預知事件；和引發(fā)劑(優(yōu)選地也設置于與檢測器所處的相同或 不同的儀器內)，用于引發(fā)經(jīng)過所述筒罐(canister)的所述易碎表面進入 所述貯器內部的接合劑的展開。
發(fā)明優(yōu)選具體實施方式
的描述
本發(fā)明提供了約束化學品排放的組合物、方法和系統(tǒng)，優(yōu)選地通過將危險液體固定在貯器中從而減輕液體從貯器中意外溢出的風險和/或導致的 損害，和/或通過降低危險液體的蒸汽壓和/或表面張力，從而減少危險材料 排放到周圍環(huán)境的風險和減降低排放發(fā)生時導致的損害。在優(yōu)選的具體實 施方式中，危險材料與接合劑如吸收性聚合物或絡合劑相接觸，以形成包 含至少部分危險材料的組合物，其中所述組合物為固態(tài)、半固態(tài)或粘稠液 態(tài)，和/或具有與環(huán)境壓力相比相等或更低的蒸汽壓，和/或具有高表面張 力。優(yōu)選的，約束的實施是對導致危險材料從貯器中意外排放的事件作出 的回應。
此處使用的術語"約束"表示阻止或保持。約束的例子包括但不限于 固定和壓制揮發(fā)和/或噴霧。
此處使用的術語"排放"表示從貯器中部分或全部釋放某物。排放的 例子包括但不限于濺出、泄漏、噴出、蒸發(fā)、汽化、脫氣、散開、掉落、 滴落及類似的。
此處使用的術語"固定"表示阻止移動。
此處使用的術語"危險"表示使人、植物、動物或環(huán)境陷入危險或對 其產(chǎn)生不利影響的性質或條件，或者是如果不約束就會讓人厭惡的事物。 危險材料的例子包括但不限于易燃的、腐蝕性的、易爆的、致癌的、有毒 的、誘變的、發(fā)臭的、輻射性的、揮發(fā)性的或其他化學性質不穩(wěn)定的物 質。
此處使用的術語"接合劑"表示具有能夠在兩種物質之間施加或產(chǎn)生 強化學或物理化學引力的材料。強化學或物理化學引力的例子包括離子 鍵、非離子鍵、親電效應、疏電效應，以及類似的。接合劑的例子包括但 不限于吸收性聚合物如水凝膠，和絡合劑如離子液體。
增加意外排放風險的"事件"，意思是存在的條件或因素導致貯器中 的材料以非意愿的或不能控制的方式，例如可能會發(fā)生的，例如如果貯器 結構的完整性受到或即將受到破壞，而導致排放的風險增加。這樣的條件
包括但不限于突然加速、突然減速、提升(listing)、升溫、壓力變化以及 貯器周圍環(huán)境中存在危險化學品。這樣的條件可能是由以下一種或多種情
況造成的撞擊、焚燒、出軌、破壞、倒塌、惡意撞擊、破裂、風化及變質。在優(yōu)選的具體實施方式
中，本方法包括在至少一種預知的導致危險材 料從貯器中排放或泄漏的風險增加的事件發(fā)生時，手動或自動地向盛有危 險液態(tài)材料的貯器中展開接合劑的步驟。
接合劑優(yōu)選的在上述導致危險材料從貯器中排放或泄漏的風險增加的 事件發(fā)生時展開。優(yōu)選的，上述事件通過儀器如線性加速度計、角加速度 計、陀螺儀、溫度計、熱電偶、熱敏電阻、應變儀、壓電電阻器、機械偏 轉壓力傳感器、化學檢測傳感器(用于檢測貯器周圍環(huán)境中危險材料的存 在)、以及光學傳感器(用于從貯器中可視地檢測危險材料的分散情 況)。兩種或兩種以上上述儀器可以結合使用。在某些優(yōu)選的具體實施方
式中，這些儀器被合并在微電子機械系統(tǒng)(MEMS)中，特別是MEMS加 速器中。在另一些具體實施方式
中，這些儀器被合并在慣性導航系統(tǒng) (INS)中。這樣的系統(tǒng)還可以包括用于確定最佳展開條件以及檢測不必展 開的情形的觸發(fā)算法。
優(yōu)選的，接合劑以能夠容易并迅速地向液體內部或液體表面上展開的 形式存在。這種容易和迅速展開的形式包括液態(tài)和固態(tài)如粉末、顆粒、小 球、纖維或其組合。
任何可以向液體內部或其表面展開接合劑的方式都可用于本發(fā)明，不 受任何限制。優(yōu)選的，展開方式能夠迅速地使接合劑與液體接觸。展開時 間，即從初始展開的點到危險材料與接合劑首次接觸的點之間消耗的時間 段，優(yōu)選的小于大約1.0秒，更優(yōu)選的小于大約0.1秒。
在一些優(yōu)選的具體實施方式
中，展開方式以足夠的動力推動接合劑使 接合劑充分分散貫穿于危險液體中。也就是說，接合劑與危險液體混合以 迅速和充分地形成危險性較小的組合物。在另一些具體實施方式
中，展開 方式推動接合劑分散在危險液體表面上以在該液體外部形成保護層。在另 外的具體實施方式
中，展開方式推動接合劑分散在危險液體表面上，或進 入危險液體中的一個或多個離散部位且隨后與此處的危險液體混合?？梢?理解的是，設備或方法可以包括兩種或更多種這樣或其它的展開方式的結 合。
在某些具體實施方式
中，接合劑通過釋放壓縮氣體、通過產(chǎn)生氣體、 或通過彈簧釋放的機械能被展開到盛有危險液體的貯器中。優(yōu)選的，接合劑由氣體推動，類似于用于展開汽車氣囊的方法。在某些具體實施方式
中，接合劑與推動劑一起被裝入模塊中，該模塊具有與貯器內部流接觸的 易碎表面。所述模塊可以具有任何不受限制的實際形狀。模塊的例子包括 筒罐、囊狀物和管。易碎表面優(yōu)選的由相對于貯器中的危險材料呈化學惰 性的薄箔片構造而成。優(yōu)選的箔片包括由金屬、碳、陶瓷、聚合物和含氟 聚合物構成的那些。
一些優(yōu)選的推動劑包括燃料和氧化劑，并且可選的包括其它成分如燃 燒速率調節(jié)劑。 一旦燃料被點燃，其在氧化劑存在的情況下迅速燃燒并爆 發(fā)出大量氣體。該爆發(fā)的氣體能夠輕易地擊破易碎表面并將接合劑推出筒 罐外進入貯器內與危險液體相接觸。優(yōu)選的燃料包括疊氮化物、四唑、三 唑及其鹽。
在某些具體實施方式
中，推動劑可以包括壓縮氣體，如空氣、氮氣、 二氧化碳或稀有氣體替代或額外添加到可氧化的燃料中。對于這樣的具體 實施方式，壓縮氣體在筒罐內迅速釋放并擊破易碎表面，將接合劑推出筒 罐外，與氧化的燃料推動接合劑的方式相似。
盛放危險液體的貯器一般可為任何本領域公知的類型、形狀或尺寸。 例如，貯器可以是開放的或封閉的(如罩封的)，可以為球形、柱形、盒 形或不規(guī)則形狀，可以為絕熱的或非絕熱的，可以為加壓的或不加壓的，
可以擁有小于約1盎司到約4百萬桶或更多的內部容積。優(yōu)選貯器的例子 包括但不限于，燒瓶、桶、半拖掛拖拉機油槽、火車油槽、超大油槽，以 及管道。
優(yōu)選的，本方法還包括將危險材料與接合劑接觸以形成組合物的步 驟，該組合物包含至少一部分危險材料和所述接合劑，并具有選自以下性
質中的至少一種固態(tài)或半固態(tài)，環(huán)境條件下高于危險材料粘度的粘度， 環(huán)境條件下低于危險材料蒸汽壓的蒸汽壓，以及環(huán)境條件下大于危險材料 表面張力的表面張力。
優(yōu)選的，所述接合劑和危險材料(優(yōu)選的為液態(tài))經(jīng)過迅速的轉變以 形成組合物，該組合物為固態(tài)或半固態(tài)，和/或相對于危險材料本身來說具 有較高的粘度、較低的蒸汽壓、和/或較大的表面張力。與液態(tài)相比，固態(tài) 或半固態(tài)的組合物更容易保留在貯器中，即使貯器的完整性受到破壞。同理，高粘度液體流動緩慢因此更容易保留在貯器中。擁有低蒸汽壓的組合 物不易揮發(fā)，因此，不會散發(fā)難以捕捉的危險蒸汽。
在一些優(yōu)選的具體實施方式
中，所述組合物以能夠在特定條件下輕易 地釋放危險材料的方式結合危險材料，所述特定條件為例如改變組合物的 溫度和/或壓力。在這樣的具體實施方式
中，當恢復安全后，危險材料能夠 被回收。
接合劑的選擇首先取決于貯器中所存放的危險材料。能夠應用于本發(fā) 明的危險材料的例子包括但不限于硝酸、濃硫酸、濃鹽酸、氰化鈉水溶 液、無水氰化鈉、氰化氫水溶液、無水氰化氫、溴、三氟化硼、氨、膦、 四氯化鈦、發(fā)煙硫酸、氯磺酸、氯、氟、氟化氫水溶液、無水氟化氫、碳 酰氯、石油，以及它們的衍生物。此處的術語"衍生物"表示與所提到的 相應化合物具有相同的基本結構、主要化學成分、或化學性質的化合物或 化學結構。這樣的衍生物可以包括但不限于，由所提到的相應化合物制備 或得到的化合物或化學結構。
在一些優(yōu)選具體實施方式
中，所述接合劑是吸收性材料。特別優(yōu)選的 吸收性材料是吸收性聚合物。吸收性聚合物的例子包括但不限于聚丙烯酰 胺、聚垸基丙烯酰胺、聚丙烯酸酯，聚丙烯酸垸基酯、聚丙烯酸鹽、交聯(lián) 聚丙烯酰胺-聚丙烯酸酯共聚物、纖維素醚、改性淀粉、淀粉衍生物、天然 樹膠衍生物、環(huán)氧乙烷聚合物、聚乙烯亞胺聚合物、聚乙烯吡咯烷酮聚合
物、以及他們的混合物或共聚物。例如，這樣的接合劑在US4383868和 US6177058中描述過，在此引用結合到本發(fā)明中。
這些吸收性聚合物尤其優(yōu)選的用于結合硝酸、濃硫酸、濃鹽酸溶液、 氰化鈉水溶液、溴、四氯化鈦、發(fā)煙硫酸、氯磺酸及無水氟化氫。
為了結合無水氟化氫及氟化氫水溶液，使用交聯(lián)的聚丙烯酸酯-聚丙烯 酰胺共聚物，特別是由聚丙烯酸鹽衍生而來的，和交聯(lián)聚丙烯酰胺-聚丙烯 酸酯共聚物與聚丙烯酰胺、聚垸基丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸烷基 酯和聚丙烯酸鹽中的至少一種的混合物。
在某些具體實施方式
中，所述接合劑為絡合劑。優(yōu)選的絡合劑包括但 不限于有機鹽，特別是形成離子液體的有機鹽。優(yōu)選的有機鹽包括但不限 于包含陽離子的鹽，選自四垸基鱗、四烷基銨、吡啶鏡、N-烷基吡啶鏃、N，N，-二烷基咪唑鏡和咪唑鐠。特別優(yōu)選的有機鹽是取代的氯化咪唑錙，更
優(yōu)選的是l-甲基-3-乙基氯化咪唑像。這些有機鹽尤其適用于結合氯。由這
些有機鹽和氯組成的優(yōu)選的組合物具有比周圍環(huán)境更低的蒸汽壓。 其它可用于本發(fā)明的接合劑包括聚丙烯酸，其適用于結合氰化氫水溶
液和無水氰化氫以及氨；硬脂酸鈣，其適用于結合石油和石油基化合物； 以及取代的四氟硼酸咪唑鏡，其適用于與三氟化溴結合生產(chǎn)電解液。
實施例
對透明的、與無水氟化氫相容的圓筒裝配額定壓力為20psi的防爆片 (rupture disk)，并在盛放200g的無水HF。在防爆片的另一側，負載10g聚 丙烯酸鈉-聚丙烯酰胺的共聚物。該側通過球閥連接到50psi的氮氣源。整 個實驗過程被錄像。
打開快速球閥時，氮氣擠壓所述聚合物及防爆片，導致防爆片破裂， 從而將聚合物釋放到無水HF中。聚合物粉末將無水HF吸收在其內部，在 幾分鐘內便將整個液態(tài)無水HF變成半固態(tài)的固定的膠凝塊。
因此，描述了本發(fā)明的一小部分的具體實施方式
，根據(jù)本文的啟示， 本發(fā)明中沒有特別提到的各種替換、修飾和改進也可用于本發(fā)明并且落在 本發(fā)明的保護范圍內，這對本領域技術人員來說是顯而易見的。這些明顯 是根據(jù)本方面的描述作出的替換、修飾和改進，也是本說明書的一部分， 盡管此處沒有詳細的描述，并且原本就包括在本發(fā)明的構思范圍內。因 此，前面的描述只是列舉了本發(fā)明的實施例，并不能限定。本發(fā)明的限定 作用僅通過以下的權利要求進行詳細說明。
權利要求
1、約束化學品排放的方法，包括在使得危險材料從貯器中意外排放或泄漏的風險增加的至少一種預知事件發(fā)生時，向盛有液態(tài)危險材料的貯器中展開接合劑；和使所述危險材料與所述接合劑接觸以形成組合物，該組合物包含至少一部分所述危險材料和至少一部分所述接合劑，并具有至少一種選自下列的性質固態(tài)或半固態(tài)、高于危險材料粘度的粘度、低于危險材料蒸汽壓的蒸汽壓、和大于危險材料表面張力的表面張力。
2、 根據(jù)權利要求1的方法，其中，所述的展開是回應所述事件的所述 發(fā)生而手動開啟的。
3、 根據(jù)權利要求1的方法，其中，所述的展開是回應所述事件的所述 發(fā)生，通過能夠檢測所述事件的儀器而自動開啟的。
4、 根據(jù)權利要求1的方法，其中，所述事件選自貯器的突然加速、 貯器的突然減速、貯器提升、貯器或危險材料的溫度升高、貯器內的壓力 改變、和貯器周圍環(huán)境中存在危險化學品。
5、 根據(jù)權利要求3的方法，其中，所述儀器包括線性加速度計、角加速度計、陀螺儀、溫度計、熱電偶、熱敏電阻、應變儀、壓電電阻器、機 械偏轉壓力傳感器、化學檢測傳感器、和光學傳感器中的至少一種。
6、 根據(jù)權利要求3的方法，其中，所述儀器被合并在微電子機械系統(tǒng)中。
7、 根據(jù)權利要求3的方法，其中，所述儀器被合并在慣性導航系統(tǒng)中。
8、 根據(jù)權利要求1的方法，其中，所述接合劑以液體、粉末、顆粒、 小球、纖維或它們中兩種或更多種的組合的形式被展開。
9、 根據(jù)權利要求8的方法，其中，所述展開包括通過釋放壓縮氣體、 通過產(chǎn)生氣體、以及通過從彈簧釋放機械能而推動所述接合劑的一種或多 種方式。
10、 根據(jù)權利要求9的方法，其中，所述展開包括通過產(chǎn)生氣體推動 接合劑，其中所述產(chǎn)生氣體包括使燃料氧化。
11、 根據(jù)權利要求1的方法，其中，所述的危險材料選自硝酸、濃硫 酸、濃鹽酸、氰化鈉水溶液、無水氰化鈉、氰化氫水溶液、無水氰化氫、 溴、三氟化硼、氨、膦、四氯化鈦、發(fā)煙硫酸、氯磺酸、氯、氟、氟化氫 水溶液、無水氟化氫、碳酰氯、石油、以及從它們衍生的化合物。
12、 根據(jù)權利要求l的方法，其中，所述接觸將所述危險材料固定。
13、 根據(jù)權利要求12的方法，其中，所述組合物是固態(tài)或半固態(tài)的。
14、 根據(jù)權利要求13的方法，其中，所述組合物是膜，其基本上覆蓋危險材料的暴露表面。
15、 根據(jù)權利要求13的方法，其中，所述組合物是凝膠，其內包括顯 著部分的所述危險材料。
全文摘要
用于約束化學品排放的方法，包括(a)在使得危險材料從貯器中意外排放或泄漏的風險增加的至少一種預知事件發(fā)生時，向盛有液態(tài)危險材料的貯器中展開接合劑；和(b)使危險材料與接合劑接觸以形成組合物，該組合物包含至少一部分危險材料和接合劑，并具有下列性質中的至少一種固態(tài)或半固態(tài)、在環(huán)境條件下高于危險材料粘度的粘度、在環(huán)境條件下低于危險材料蒸汽壓的蒸汽壓、和大于危險材料表面張力的表面張力。
文檔編號B01J19/00GK101687231SQ200880019004
公開日2010年3月31日 申請日期2008年6月5日 優(yōu)先權日2007年6月8日
發(fā)明者C·D·舒奇, I·尚蘭德, R·R·辛赫 申請人:霍尼韋爾國際公司