ПЕРЕНОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВСПЕНЕННЫХ САМООТВЕРЖДАЮЩИХСЯ КОМПОЗИЦИЙ Российский патент 2001 года по МПК B29C67/20 B29C44/46 A62C5/00 A62C5/02 B29K101/00 

Изобретение относится к технологическому оборудованию, в частности к переносным устройствам для изготовления и нанесения быстротвердеющих термостойких полимерных покрытий (сорбентов, пленок, пенопластов, ингибирующих растворов), получаемых на основе водорастворимых синтетических (карбамидоформальдегидных) смол путем поликонденсации по 2-3 компонентной схеме при расчетных, соответствующих для сорбентов, пленок, пенопластов и т. д, соотношениях составов композиций (эмульсия, отвердитель, наполнитель). Установка может быть использована в тех отраслях промышленности, где существует необходимость проведения не только плановых профилактических природоохранных работ, но и при чрезвычайных ситуациях антропогенного воздействия на окружающую среду. Получаемые различные многоцелевые полимерные покрытия применяются для очистки: загрязненных поверхностей воды, и грунта от нефти, нефтепродуктов, неполярных жидкостей, растворенных в воде тяжелых металлов; для локализации и тушения очагов пожаров в случае возникновения техногенных аварий; производства, при необходимости, различных теплошумоизоляционных работ.

В настоящее время в России и за рубежом при возникновении чрезвычайных ситуаций (аварий) на нефтепромыслах, нефтетранспортных магистралях (нефтепроводах), нефтяных вышках и т. д. широкое распространение находят сорбционные способы локализации, сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды и грунта. Для этого используют различные природные сорбенты или искусственно созданные полимерные пеноматериалы.

Известна установки для получения пенопласта (Ав. свид. N 975430, Мкл B 29 D 27/00, 1981), состоящая из емкостей для приема и подачи раствора смолы и отвердителя, камеры - реактора вспенивания и созревания пены с входными патрубками для подачи раствора смолы и воздуха, перфорированный корпус которой выполнен в форме тела вращения, где входной патрубок для раствора смолы и выходной патрубок для пеновоздушной смеси расположены тангенциально к поверхности корпуса реактора Реактор снабжен и соединен воздушным коллектором с входным патрубком для подачи воздуха.

К основным недостаткам этой установки относятся низкая кратность вспенивания получаемого продукта (от 8 до 12 об.ед), невысокая пористость (30-40%) и высокая кажущаяся плотность (25-30 кг/м³). Следовательно, эти полимерные пены (пенопласты) по своим техническим характеристикам не могут быть использованы как полимерные сорбенты Кроме того, из-за больших размеров камеры отверждения часто происходит ее забивание плотной затвердевшей пеной и вследствие этого снижение производительности установки.

Данная установка широко внедрена в промышленности строительных материалов для утепления карьерно-складских хозяйств. Однако в процессе эксплуатации установки в различных регионах страны были выявлены определенные недостатки. Это высокие энергетические затраты на производство, связанные необходимостью использования компрессора с высокими рабочими параметрами (производительность по воздуху 4-5 м³/мин и рабочее давление 500-700 МПа). Удельный расход энергетических затрат для получения 1 м³ пенопласта колеблется от 3 до 5 кВт в зависимости от состава композиции.

Одним из существенных недостатков установки является не достаточное вспенивание, так как сжатый воздух поступает только в одной плоскости реактора, что, естественно, ухудшает стойкость и стабилизацию пены, снижая при этом ее объемную массу, т.е. кратность. В результате чего образуются зоны активного перемешивания - в центре шара и пассивные зоны по краям, что в значительной степени ухудшает стойкость пены и ее стабилизацию, снижая при этом объемную массу вспененной пены, т.е. ее кратность. Таким образом, основная часть сжатого воздуха, не вступая в процесс вспенивания, является только лишь транспортным средством. Кроме того, отсутствие в реакторе массообменных устройств не позволяет в полном объеме интенсифицировать процесс вспенивания и созревания полимерной массы и значительно снижает функциональные возможности применения установки. Ограниченная возможность получения карбомидного быстротвердеющего пенопласта с разной удельной плотностью, что сдерживает широкое внедрение установки в других отраслях промышленности, в частности химической нефтедобывающей и перерабатывающей промышленности.

Известна также установка для получения пенопласта (Ав. свид. N 1666344, Мкл B 29 C 267/20, 1989), состоящая из емкостей для приема и подачи раствора смолы отвердителя, камеры-реактора вспенивания и созревания с входными патрубками для подачи раствора смолы и воздуха. Корпус воздушного коллектора выполнен в виде тела вращения, в котором установлен корпус реактора, внутри которого установлен пакет подвижных цепей.

Выполнение пакета подвижных цепей из овальных сегментных соединенных пар (округленных) создает эффект обтекания капельных струй и эмульсии по гладкой и ровной поверхности, что не позволяет равномерно разбивать массу на мелкодисперсные фракции эмульсии и воздуха. Тем самым снижается контактная поверхность массообмена. При этом вязкость смоляного раствора эмульсии не снижается, что приводит также к повышению энергетических затрат по сжатому воздуху. Недостатком данной установки является недостаточная кратность от 15 до 50 об. ед. и высокая удельная плотность полученных пенопластов от 8 до 30 кг/м³. Пенопласт с данными параметрами эффективно можно использовать только как теплоизоляционный материал, что снижает эффективность внедрения. Данная установка внедрена в 1995 г. в ОАО "Транссибнефть" ОАО Черниговнефтегазгеология, Украина (см. Инф. лист N 241-96, УДК К 678.026.3.002.5.004.68, Инф. лист N 261-96, УДК 624.132-7).

Использование получаемого пенопласта в качестве пеносорбента малоэффективно, ввиду невысокой его нефтеемкости 10 - 12 Г_нефти/Г_{сорбента}, что сдерживает его применение для сорбции нефтепродуктов в промышленном масштабе. Кроме того, данная установка не позволяет получать пеносорбент в виде гранул или крошки.

Следует отметить, что помимо указанных, данная установка имеет еще ряд технических недостатков - громоздкость, необходимость транспортного средства для ее передвижения и устройств подвода электроэнергии и сжатого воздуха, специальная подготовка обслуживающего персонала и т.д.

Эти факторы сдерживают широкое внедрение способа проведения природоохранных работ на территории (акваториях) хозяйственных и природоохранных объектов и противопожарных мероприятий с применением известных установок в труднодоступных местах (болота, лесные массивы, горные места и т.д.), куда сложно транспортировать пеногенерирующую установку и агрегатированные с ней энергетические установки (компрессора, электростанции и т.п.).

Известно индивидуальное аварийно-спасательное противопожарное устройство, содержащее емкость с ручным управляемым распылителем огнетушащего состава, при этом емкость помещена в термозащитный чехол, выполненный в виде баллона с двумя секциями, причем одна секция заполнена дыхательной смесью и снабжена прибором (авторское свидетельство N 619193 Mкл. A 62 C 15/00).

Недостатком известного устройства является узкий диапазон ее технологических возможностей, т.е. проведение только тушения небольших очагов пожаров в задымленных отсеках летательных аппаратов без применения дыхательного оборудования, что не позволяет его использовать при природоохранных работах и локализации тушения очагов пожаров разлитых нефтесодержащих продуктов, а также обваловывания земельных участков, лесных массивов термостойким быстротвердеющим полимерным сорбентом для предотвращения проникновения огня на другие объекты.

Аналогов данного технического решения не обнаружено.

Авторами впервые разработана переносная установка для получения вспененных самоотверждающихся композиций. Все известные установки являются стационарными.

Изобретение решает задачу создания универсальной переносной установки для получения и нанесения вспененных самоотверждающих композиций, а также ингибирующих растворов и иммобилизованных в суспензии микроорганизмов на различные объекты в соответствии с техническим назначением. Кроме то, изобретение решает многоцелевые задачи по расширению функциональных технологических возможностей и широкого применения установки в различных отраслях промышленности: топливно-энергетическом, нефтегазопромышленном, деревообрабатывающем, строительном комплексах, МЧС, МПС, нефтетранспортирующих и перерабатывающих компаниях, химических, металлургических предприятиях и других организациях, занимающихся автожелезнодорожными, речными и морскими перевозками, хранением, складированием и реализацией нефтепродуктов на нефтебазах и автозаправочных станциях.

Техническим эффектом является:
- получение и нанесение пенопластов на теплошумоизолирущие объекты;
- получение и нанесение полимерных сорбентов на загрязненные нефтепродуктами участки для их очистки;
- получение и нанесение термостойких полимерных покрытий в виде пленок для закрепления и защиты поверхностей котлованов от фильтрации нефтепродуктов и ее испарения с поверхностей, а также отвалов, штабелей, бортов карьеров, открытых складов, дисперсных материалов и угля от распыления, выветривания, окисления и самовозгорания, особенно высоко реакционных бурых углей;
- получение и нанесение термостойких быстротвердеющих полимерных противопожарных сорбентов для локализации возгораний и тушения нефти, нефтепродуктов, химически горючих материалов, предотвращения проникновения огня на другие объекты путем обваловывания, создания искусственной огневой преграды;
- обработка специальными растворами технологических инженерных коммуникаций для соблюдения экологических и противопожарных норм.

Обязательные требования, предъявляемые к проведению указанных работ на установке, специально разработаны, утверждены контролирующими органами и впервые введены в России технические условия ТУ 2223-001-02067907-96.

Технический результат достигается тем, что в переносной установке для получения вспененных самоотверждающихся композиций, согласно изобретению, содержит помещенную в термозащитный чехол емкость с двумя секциями, одна из которых выполнена в виде реактора с ультразвуковым диспергатором и массобменным термостатирующим и турбулизирующим устройством, а вторая из секций служит для приема и подачи отвердителя, энергоисточник, ручной управляемый распылитель эмульсатор, камеру дифференцированного стартового времени вспенивания и отверждения пены и реактор для стабилизации и созревания пены, выполненный в виде гофрированного шланга, соединенного с эмульсатором, который соединен с камерой дифференцированного стартового времени и с ручным управляемым распылителем.

Кроме того, в установке в качестве энергоисточника используют съемный газогенерирующий твердотопливный химический заряд с устройством воспламенения и баллоном, аккумулирующим и распределяющим газ.

В установке ручной управляемый распылитель выполнен телескопически с пакетом съемных средств для формирования и нанесения самоотверждающихся полимерных покрытий.

Для получения композиций в виде быстротвердеющей, вспененной высокократной полимерной массы или термозащитной прочной пленки процесс осуществляется в три ступени. На первой ступени в реакторе происходит вспенивание полимерной массы. Для этого в реакторе установлен ультразвуковой диспергатор с массообменным турбулизирующим и термостатирующим устройством. На второй ступени в камере стабилизации происходит созревание пены, что позволяет дополнительно исключить смешение фаз пены и отвердителя при отключении установки. На третьей ступени происходит формирование пены с приданием ей необходимых геометрических и технологических свойств ручным управляемым распылителем с помощью пакета специальных съемных средств для формирования и нанесения самоотверждающихся полимерных покрытий.

Для вспенивания эмульсии высокой кратности и подачи раствора кислоты в форсунку методом вытеснения установка дополнительно снабжена энергоисточником. В качестве последнего может быть использован съемный газогенерирующий твердотопливный химический заряд с устройством воспламенения. Учитывая специфические требования к переносным установкам (легкость, простота эксплуатации, надежность и безопасность, универсальность получения фиксируемых объемов полимерных самоотверждающихся материалов различной кратности), в конструкцию установки заложены особые конструктивно- технологические решения с применением современных металлокомпозиционных материалов и специальных изделий (ультразвуковой диспергатор, турбулизирующее и термостатирующее устройство, эмульсатор), позволяющих повысить разрешающую способность установки, ее эффективность и экономичность.

В конструктивную особенность установки входит то, что емкость для исходных компонентов эмульсии (смола, вода, пенообразователь) и отвердителя (слабоконцентрированного раствора неорганических кислот), разделенная на две части, выполнена из легкого, термостойкого, армированного титановыми нитями полиэтилена, выдерживающего необходимое рабочее давление и температуру. Съемный заряжающий газогенерирующий твердотопливный химический модуль заряда с устройством воспламенения выполнен из прочного коррозионно-стойкого металлокомпозиционного материала.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиски по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата.

Это позволяет сделать вывод о соответствии условию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 представлена общая блок-схема установки, на фиг. 2 показано действие установки в рабочем режиме.

Установка содержит общую емкость, разделенную на две части, работающие под давлением. Емкость 1 - реактор первой ступени - предназначен для приема и вспенивания эмульсии (смолы, воды, пенообразователя), внутри которого установлен ультразвуковой диспергатор 2, турбулизирующие и термостатирующие устройства 3. Емкость 4 предназначена для приема слабоконцентрированной кислоты и ее подачи в двухпозиционную форсунку 5 методом вытеснения. Камера 6 - вторая ступень - предназначена для стабилизации и созревания пены, выполнена в виде гофрированного шланга расчетного диаметра и длины и соединена с эмульсатором 7. Компенсирующий эмульсатор 7 совмещен с камерой дифференцирования стартового времени вспенивания эмульсии и ее отверждения 8 посредством перекрывающих клапанов 9, выполненных в виде мембранных диафрагм, рассчитанных на соответствующие параметры. Для вспенивания эмульсии, транспортирования пены вручную, с последующим ее отверждением, установка снабжена энергоисточником, газогенерирующим твердотопливные заряды 10 с устройством воспламенения 11, и аккумулирующим и распределяющим газ баллоном 12. Камера смешения вспененной массы с отвердителем 13 установлена в начале ручного управляемого распылителя 14 с форсункой 5. Съемный с ручного управляемого распылителя 14 раструб 15, формирующий на объект сорбент пенопласт 16 или опрыскиватель 17, разбрызгивающий на грунт химический состав 18, в зависимости от целевого назначения установки меняется по техническим признакам. Дополнительно при необходимости управляемый ручной распылитель 14, выполненный телескопическим способом, может изменять свою длину, тем самым увеличивать не только фронт обрабатываемого участка, но и дает возможность обрабатывать труднодоступные или опасные места.

Длина ручного телескопического устройства меняется в зависимости от изменения порога стартового времени вспенивания композиции и ее отверждения. Порог стартового времени задается конструктивными и технологическими особенностями установки.

Телескопическое устройство снабжено пакетом съемных средств для формирования и нанесения самоотверждающихся полимерных покрытий, выполненных, например, в виде раструба, распылительной колонки и т.д.

Установка работает следующим образом. В зависимости от целевого назначения установки сосуды 1 и 4 в соответствии с расчетными параметрами состава композиции заливают исходные компоненты. Устройство воспламенения газогенерирующего твердотопливного химического заряда не включено и находится в режиме постоянной готовности. При необходимости экстренных работ оператор закрепляет на себе привязными ремнями установку и готовит ее к запуску. Определив участок обработки, оператор выставляет в рабочее положение ручной распылитель, например, с раструбом и включает устройство воспламенения 11 газогенерирующего твердого химического заряда 10. При этом оператору нет необходимости при работе установки регулировать подачу (расход) выделяемого газа в емкость 1 и 4 и контролировать другие параметры, поскольку все измерительные приборы с запорной и регулирующей аппаратурой тарируются и регулируются предварительно, упрощая при этом работу установки и обеспечивая ее безопасность.

Поступающий из баллона 12 газ одновременно через запорно-регулирующие приборы и аппаратуру поступает в емкость 1 на ультразвуковой диспергатор 2. В результате ультразвуковых колебаний происходит мгновенное вспенивание эмульсии до высокой кратности. Для снижения энергетических затрат и интенсификации процесса вспенивая (т.е. сокращения продолжительности вспенивая путем увеличения поверхности контакта газовой фазы с раствором эмульсии) в верхней части емкости 1 - реактора первой ступени установлено турбулизирующее - массообменное устройство 3. Пена, проходя через устройство 3, разбивается на отдельные структурные единицы (газоводяные пузырьки), создавая эффект "тумана". Получаемая при этом мелкодисперсная высокократная стойкая пена поступает через выходной патрубок реактора 1 в камеру 6, гофрированного шланга для дальнейшей стабилизации и созревания. Проходя по гофрированному шлангу, пена, в результате потери больших газовых пузырей, приобретает однородную структуру и стабилизируется. Высокократная пена подается в камеру смешения третьей ступени, одновременно с вспененной смесью через специальную двухпозиционную форсунку 5 впрыскивается отвердитель (слабоконцентрированная неорганическая кислота). Расход отвердителя регулируется дозаторами (не показано). Начальная стадия реакции поликонденсации, частичное отверждение пены осуществляются в формирующем приспособлении, т.е. ручном управляемом распылителе с раструбом. Окончательное отверждение полимерной массы с фиксируемым объемом происходит на поверхности. Установленный снизу съемный футляр газогенерирующего твердотопливного химического заряда 10 с устройством воспламенения 11 позволяет мгновенно осуществлять его замену, что дает возможность быстро подготовить установку к работе.

Основные достоинства установки - ее универсальность, простота устройства, удобство обслуживания, высокая надежность, экологическая чистота и отсутствие вредного воздействия на окружающего среду.

Применение установки позволяет получать и наносить пенопласты на теплошумоизолирующие объекты, получать и наносить полимерные сорбенты на загрязненные нефтепродуктами участки, получать и наносить термостойкие полимерные покрытия в виде пленок для закрепления и защиты поверхности котлованов от фильтрации нефтепродуктов и их испарения с поверхностей, а также для предотвращения пыления и выветривания, окисления и самовозгорания высокореакционных углей, для локализации возгораний и тушения нефти и нефтепродуктов, химически горючих материалов, предотвращения проникновения огня на другие объекты путем обваловывания - создания искусственной предварительной огневой преграды.

Кроме того, применяя специальные составы ингибирующих растворов и иммобилизованные в суспензии соответствующие штаммы микроорганизмов, можно использовать установку для биологической очистки загрязненных участков различных объектов - магистральных нефтепродуктопроводов, складов хранения, "нефтебаз" и т. д., и профилактической их обработки с целью предотвращения роста на них флоры, приводящей к нарушению экологических и противопожарных норм. При необходимости установка может применяться для производства теплошумоизоляционных работ.

Для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Изобретение относится к технологическому оборудованию, в частности к переносным устройствам для изготовления и нанесения быстротвердеющих термостойких полимерных покрытий. Переносная установка содержит помещенную в термозащитный чехол емкость с двумя секциями. Одна секция выполнена в виде реактора с ультразвуковым диспергатором и массообменным термостатирующим и турбулизирующим устройством. Вторая секция служит для приема и подачи отвердителя. Установка содержит энергоисточник, ручной управляемый распылитель, эмульсатор, камеру дифференцированного стартового времени вспенивания эмульсии и отверждения пены. Переносная установка содержит реактор для стабилизации и созревания пены, выполненный в виде гофрированного шланга, соединенного с эмульсатором, который соединен с камерой дифференцированного стартового времени и с ручным управляемым распылителем. Установка универсальна, проста в обслуживании, имеет высокую надежность, экологически чистая. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Переносная установка для получения вспененных самоотверждающихся композиций, характеризующаяся тем, что она содержит помещенную в термозащитный чехол емкость с двумя секциями, одна из которых выполнена в виде реактора с ультразвуковым диспергатором и массообменным термостатирующим и турбулизирующим устройством, а вторая секция служит для приема и подачи отвердителя, энергоисточник, ручной управляемый распылитель, эмульсатор, камеру дифференцированного стартового времени вспенивания эмульсии и отверждения пены и реактор для стабилизации и созревания пены, выполненный в виде гофрированного шланга, соединенного с эмульсатором, который соединен с камерой дифференцированного стартового времени и с ручным управляемым распылителем. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве энергоисточника используют съемный газогенерирующий твердотопливный химический заряд с устройством воспламенения и баллоном аккумулирующим и распределяющим газ. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что ручной управляемый распылитель выполнен телескопическим с пакетом съемных средств для формирования и нанесения самоотверждающихся полимерных покрытий.