一种抑制氢气爆炸的固相抑爆剂及包含所述固相抑爆剂的复合抑爆剂

本发明涉及氢气抑爆，更具体地，涉及一种抑制氢气爆炸的气固两相复合抑爆剂及其制备方法。

背景技术：

1、氢能由于具备来源丰富、绿色低碳以及用途广泛等优点，正逐渐成为全球能源市场重点关注的可再生新能源，氢能发展也被列为我国能源科技的重点战略任务。然而，氢气具有点火能量低、爆炸极限宽、燃烧速度快、热量释放大等特性，在生产、储存、运输、装卸和使用过程中存在很大的爆炸危险性。因此，抑爆作为一种积极且高效的氢气爆炸防控技术，受到广泛的研究。目前，抑制氢气/空气爆炸的抑爆剂以单一抑爆剂为主，但由于氢气的高反应活性，传统材料的抑制性能较低，单一抑爆剂均表现出一定的局限性。

2、khco3是一种高效的阻燃剂，价格低廉且易于获取，对环境的影响较小，已被证实能够对氢气/空气爆炸起到抑制作用。然而，khco3具有较强的吸湿性，在常温下易于团聚结块，导致其分散性变差，进而影响抑爆效果的发挥。现有技术有采用溶液法将khco3负载于分子筛表面形成抑爆剂的方法，但是该类抑爆剂的性能还有待提高。

3、除此以外，为了改善单一抑爆剂的效果，现有技术也有公开将固相抑爆剂与气相抑爆剂组合使用的方案，但该方案固相抑爆剂与气相抑爆剂是分阶段使用，较为复杂。

4、综上所述，随着氢能技术的发展，开发更有效的抑制氢气爆炸的抑爆剂具有重大意义。

技术实现思路

1、本发明的首要目的是克服上述现有技术的不足之处，提供一种抑制氢气爆炸的固相抑爆剂。

2、本发明的另一目的是提供抑制氢气爆炸的气固两相复合抑爆剂。

3、为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

4、一种抑制氢气爆炸的固相抑爆剂，所述固相抑爆剂为将khco3与海泡石混合后经球磨处理得到的复合粉体，所述复合粉体中，khco3的质量百分含量为25~45%。

5、海泡石表面粗糙，疏松多孔，并且相较于其他载体，其具有独特的层丝状结构，使其具有较大的比表面积和优异的吸附性能。本发明通过球磨的方式，可以使khco3颗粒均匀地镶嵌于海泡石的丝状结构中，或均匀地黏附于海泡石块上，扫描电镜观察可以证明，khco3分子和海泡石分子经过球磨，在范德华力的作用下，两者已实现完全复合。发明人意外发现，采用球磨的方式，不仅使khco3均匀负载于海泡石表面及孔道内，还通过晶格畸变效应激活材料表面反应位点，显著提升粉体活性，使得该固相抑爆剂的抑爆效果优于湿法复合（溶液析晶法）或直接物理混合。

6、优选地，所述球磨包括如下步骤：

7、s1. 将海泡石和khco3分别进行研磨成粉体；

8、s2. 按比例将两种粉体混合，并在球磨机中进行球磨处理，过筛，得到所述固相抑爆剂。

9、优选地，在研磨成粉体以及球磨处理后，均进行干燥处理。

10、优选地，所述干燥为真空干燥，所述真空干燥的目的是去除粉体在研磨及球磨过程中引入的游离水分，防止khco3因吸湿而发生团聚，确保复合粉体的分散性和流动性。同时，真空干燥方式可避免高温条件下khco3发生热分解，保证其化学活性组分的稳定性，从而为后续抑爆性能的发挥提供良好的粉体状态基础。干燥的条件可以参照现有技术。例如在干燥温度为50 ℃，干燥12~16 h。

11、更优选地，所述干燥时间为12 h。

12、优选地，所述球磨处理的转速为400~600 r/min。

13、优选地，所述球磨处理的时间为20~60 min。

14、优选地，s1.中，所述研磨得到的粉体还经过过筛处理，所述过筛为过200目筛。

15、优选地，s2.中，所述球磨机为行星球磨机。

16、球磨处理选择的磨料的体积大小可以参照常规的粉体球磨处理的磨料的体积大小，优选地，s2.中，所述球磨处理的磨料的体积与粉体体积基本相同。

17、优选地，s2.中，所述过筛为过200目筛。

18、一种气固两相复合抑爆剂，包括所述固相抑爆剂和气相抑爆剂，所述气相抑爆剂为co2体积份数在15%以上的混合气体。

19、优选地，所述气固两相复合抑爆剂为将固相抑爆剂和气相抑爆剂储存至容器内，并使容器内压力为1mpa以上，容器在满足设定条件下可以将固相抑爆剂和气相抑爆剂对外释放。

20、本发明的气固两相复合抑爆剂抑制氢气爆炸的具体机理为：

21、当发生氢气爆炸时（即满足设定条件），容器中的高压混合气体驱动固相抑爆剂分布于爆炸区域，其中co2还发挥吸收热量、隔绝氧气等物理抑爆作用；而固相抑爆剂中的海泡石充当载体，对khco3有一定的支撑和运输作用，使khco3在爆炸区域均匀分散。在爆炸过程中，固相抑爆剂受到爆炸冲击波的作用，khco3脱离海泡石粉表面，一方面khco3高温分解再生成co2，稀释爆炸区域的可燃气体浓度。另一方面，氢气爆炸的主要自由基反应为h+o2=o+oh，khco3的分解产物主要的抑制反应是koh+h=k+h2o和k+oh+m=koh+m，k与oh自由基结合形成koh，koh与h自由基的进一步反应使k再生，不断促进oh和h自由基结合生成h2o，从而高效清除关键活性自由基。海泡石粉由于耐高温的热稳定性，可阻隔爆炸区域的热量传递，吸收热量，减少氢气与氧接触概率。此外海泡石粉疏松多孔，具有较大的比表面积，能够作为发生中断燃烧链反应的冷媒介，海泡石在受热脱水过程中产生的镁离子和si—oh离子团也会与氢气爆炸产生的关键活性自由基oh、h等结合，促进对火焰自由基的抑制。因此，khco3/海泡石复合固相抑爆剂可综合海泡石和khco3的优势，实现传统化学抑爆材料、多孔材料抑制氢气爆炸的协同增效。气固两相复合抑爆剂一方面是进一步耦合了惰性气体的物理抑爆作用和固相抑爆剂的化学抑爆作用，另一方面提高了固相抑爆剂对氢气爆炸传爆的追随性，充分发挥了固相抑爆剂的抑爆性能。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、本发明提供一种抑制氢气爆炸的固相抑爆剂，采用球磨的方式将khco3均匀负载于海泡石表面及孔道内，还通过晶格畸变效应激活材料表面反应位点，显著提升粉体活性，使得该固相抑爆剂的抑爆效果优于湿法复合（溶液析晶法）或直接物理混合。进一步地，将所述固相抑爆剂与气相抑爆剂组成复合抑爆剂协同提高抑爆性能，表现出对氢气有较好的抑爆效果。本发明的抑爆剂的原料来源广泛、成本低廉，适用于制氢站、加氢站等涉氢场所的安全防护。

1.一种抑制氢气爆炸的固相抑爆剂，其特征在于，所述固相抑爆剂为将khco3与海泡石混合后经球磨处理得到的复合粉体，所述复合粉体中，khco3的质量百分含量为25~45%。

2.根据权利要求1所述固相抑爆剂，其特征在于，所述球磨包括如下步骤：

3.根据权利要求1或2所述固相抑爆剂，其特征在于，所述球磨处理的转速为400~600r/min。

4.根据权利要求1或2所述固相抑爆剂，其特征在于，所述球磨处理的时间为20~60min。

5.根据权利要求2所述固相抑爆剂，其特征在于，s1.中，所述研磨得到的粉体还经过过筛处理，所述过筛为过200目筛。

6.根据权利要求2所述固相抑爆剂，其特征在于，s2.中，所述球磨机为行星球磨机。

7.根据权利要求2所述固相抑爆剂，其特征在于，s2.中，所述球磨处理的磨料的体积与粉体体积基本相同。

8.根据权利要求2所述固相抑爆剂，其特征在于，s2.中，所述过筛为过200目筛。

9.一种气固两相复合抑爆剂，其特征在于，包括权利要求1~8任一项所述固相抑爆剂和气相抑爆剂，所述气相抑爆剂为co2体积份数在15%以上的混合气体。

10.根据权利要求9所述气固两相复合抑爆剂，其特征在于，所述气固两相复合抑爆剂为将固相抑爆剂和气相抑爆剂储存至容器内，并使容器内压力为1mpa以上，容器在满足设定条件下可以将固相抑爆剂和气相抑爆剂对外释放。