一种耦合窒息灭火与催化氧化作用的火灾CO同步处置方法

一种耦合窒息灭火与催化氧化作用的火灾co同步处置方法
技术领域
1.本发明涉及消防安全技术领域，特别是涉及一种耦合窒息灭火与催化氧化作用的火灾co同步处置方法。


背景技术：

2.由于碳基材料的不完全燃烧，火灾会产生大量一氧化碳毒害气体，一直是威胁被困人员生命安全的主要危险因素。一氧化碳与血液中血红蛋白的亲合力比氧气高200～300倍，能形成碳氧血红蛋白使血红蛋白丧失携氧能力，从而造成组织窒息致人死亡。据统计，75％以上的遇难者是由于一氧化碳中毒导致。一氧化碳气体化学性质稳定、无色无味，几乎不溶于任何溶剂，其消除研究一直是行业难题。目前，控制烟气流与降低co浓度的最常用措施是通风系统，包括机械排烟与自然通风。由于通风设备运行稳定性差、火灾烟气持续产生且扩散迅速，通风系统难以快速高效消除受限空间内产生的co。现有的灭火剂具有较高的灭火效率，但是不能起到完全消除一氧化碳的作用，因此如何实现火灾一氧化碳同步处置，对应急救援与保障被困人员生命安全是研究人员急待解决的问题。


技术实现要素：

3.技术问题：本发明的目的是要克服火灾一氧化碳快速消除的难题，提供一种能实现受限空间火灾一氧化碳产物高效消除的新方法。
4.技术方案：本发明的一种耦合窒息灭火与催化氧化作用的火灾co同步处置方法，其特征在于，将干粉灭火剂与催化剂粉体依次装入co消除装置中，采用压缩气体作为驱动力将干粉灭火剂与催化剂粉体先后喷向火源处，从而实现co消除，包括以下步骤：
5.a.co消除装置准备：采用由储罐、虹吸管和喷料阀构成的co消除装置，其中，虹吸管上端与喷料阀相连，末端位于储罐底部；将催化剂粉体研磨至设定粒度，并在干燥空气气氛中高温活化；随后将干粉灭火剂与催化剂粉体先后装入储罐内，并充入惰性干燥气体直至罐体内气压界于0.5～2mpa之间；
6.b.co消除装置布置：辨识火灾危险源，将装有干粉灭火剂、催化剂粉体和惰性干燥气体的co消除装置放置在危险源附近区域；
7.c.co同步处置：当发生火灾时，启动co消除装置中的喷料阀，朝向火源处先后喷洒出干粉灭火剂和催化剂粉体；干粉灭火剂在可燃物表面形成隔绝层(1)，通过抑制燃烧强度减少co生成量；催化剂粉体在隔绝层(1)上方形成氧化层(2)，通过催化氧化作用消除阴燃生成的co气体。
8.所述催化剂的主要活性成分为锰、铁、钴和铜中的单一金属氧化物或多种复合金属氧化物，在50～500℃、30～100％rh环境中co氧化反应速率不低于0.1mmol/(g
·
h)。
9.所述催化剂粉体研磨至设定的粒度为100～500目。
10.所述催化剂高温活化的温度为200～300℃，活化时间在0.5小时以上。
11.所述装入储罐内的催化剂粉体与干粉灭火剂的质量比为1:1～10。
12.所述装入储罐内催化剂和干粉灭火剂的体积与储罐容积的比为2:3～6。
13.所述干粉灭火剂为abc干粉灭火剂。
14.所述co消除装置中的喷料阀的触发方式包括主动式和被动式。
15.所述的一氧化碳消除装置包括手提式、推车式或悬挂式。
16.有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明基于干粉灭火与催化剂催化氧化耦合作用提出的一种能实现火灾一氧化碳同步处置的新性方法，通过燃烧抑制与一氧化碳氧化实现一氧化碳高效消除，实现火灾一氧化碳的同步处置，对应急救援与保障被困人员生命安全提供了一种新的途径。解决由于通风设备运行稳定性差、火灾烟气持续产生且扩散迅速，通风系统难以快速高效消除受限空间内产生的co的问题。本发明与传统的通风系统相比，具有效果卓越、操作简单、成本低廉、安全无毒的优势，对应急救援与保障被困人员生命安全具有重大意义。
附图说明
17.图1是本发明的原理示意图。
18.图2是本发明的一氧化碳消除效果曲线图。
19.图3是本发明的现场使用示意图。
20.图中：1、隔绝层；2、氧化层。
具体实施方式
21.下面结合附图中的实施例对本发明作进一步描述：
22.本发明的耦合窒息灭火与催化氧化作用的火灾co同步处置方法，包括采用针对火灾可燃物的固体碳基材料，将干粉灭火剂与催化剂粉体依次装入co消除装置中，采用压缩气体作为驱动力将干粉灭火剂与催化剂粉体先后喷向火源处，从而实现co消除，具体步骤如下：
23.a.co消除装置准备：采用由储罐、虹吸管和喷料阀构成的co消除装置，其中，虹吸管上端与喷料阀相连，末端位于储罐底部；将催化剂粉体研磨至设定粒度，并在干燥空气气氛中高温活化；随后将干粉灭火剂与催化剂粉体先后装入储罐内，并充入惰性干燥气体直至罐体内气压界于0.5～2mpa之间；所述的干粉灭火剂为主要成分以磷酸三铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵及其混合物为基料的abc干粉灭火剂；所述催化剂的主要活性成分为锰、铁、钴和铜中的单一金属氧化物或多种复合金属氧化物，在50～500℃、30～100％rh环境中co氧化反应速率不低于0.1mmol/(g
·
h)；催化剂粉体研磨至设定的粒度为100～500目；催化剂高温活化的温度为200～300℃，活化时间在0.5小时以上。所述装入储罐内的催化剂粉体与干粉灭火剂的质量比为1:1～10；所述装入储罐内的催化剂和干粉灭火剂的体积与储罐容积的比为2:3～6。
24.b.co消除装置布置：辨识火灾危险源，将装有干粉灭火剂、催化剂粉体和惰性干燥气体的co消除装置放置在危险源附近区域；所述co消除装置中的喷料阀的触发方式包括主动式和被动式。主动触发方式选用主要由温度、气体浓度等传感器、电磁阀以及控制模块组成，当传感器监测到参数异常时，立即通过控制模块开启电磁阀，实现粉体喷洒。被动触发方式选用主要由喷管和开关手柄实现，通过启动开关手柄将粉体通过喷管喷出。
25.co化碳消除装置包括手提式、推车式或悬挂式，手提式消除装置选用主要由储罐、虹吸管、喷料阀和手柄组成，手柄固定在储罐上；悬挂式消除装置选用主要由储罐、虹吸管、喷料阀与吊环组成，吊环固定在储罐上；移动轮固定在手推支架底部；推车式消除装置选用主要由储罐、虹吸管、喷料阀、移动轮、手推支架组成，储罐固定在手推支架上，移动轮固定在手推支架底部。
26.c.co同步处置：当发生火灾时，启动co消除装置中的喷料阀，朝向火源处先后喷洒出干粉灭火剂和催化剂粉体；干粉灭火剂在可燃物表面形成隔绝层1，通过抑制燃烧强度减少co生成量；催化剂粉体在隔绝层1上方形成氧化层2，通过催化氧化作用消除阴燃生成的co气体。如图1所示，在火源上方先后形成隔绝层1与氧化层2，分别通过窒息灭火与催化氧化实现co消除。
27.应用实施例一、
28.使用1立方燃烧腔室探究一氧化碳同步处置方法的一氧化碳消除性能
29.在燃烧腔室顶部设置排烟管道，使用一氧化碳分析仪监测烟气中一氧化碳浓度变化；将760g木炭作为引燃物，选取的催化剂粉体的主要活性成分为四氧化三钴(co3o4)，co3o4的制备方法如下：
30.a.将四水合醋酸钴加入去离子水中，室温搅拌半小时；
31.b.将步骤a溶液加热至80℃，在持续搅拌下，在半小时内将0.2mol/l碳酸钠逐滴加入溶液中，所得的混合液继续搅拌1小时。四水合醋酸钴与碳酸钠的摩尔比为1:2；
32.c.将步骤b获得的固体沉淀用去离子水与无水乙醇反复洗涤数次，在干燥箱中60℃干燥12小时；干燥后的固体在马弗炉中煅烧4h，煅烧温度为400℃，得到的黑色粉末即为co3o4催化剂；
33.d.使用行星球磨机研磨步骤c获得的co3o4催化剂2h，并用100目与500目筛网过筛，100～500目的co3o4催化剂粉体即为待用的催化剂粉体。
34.制得的co3o4催化剂粉体的一氧化碳催化氧化活性在固定床石英反应器中进行。实验结果表明，催化剂在50℃时可以将12％一氧化碳氧化为二氧化碳，123℃时可以将一氧化碳完全氧化为二氧化碳，该催化剂在50～300℃、100％rh环境中co氧化反应速率大于0.1mmol/(g
·
h)。
35.所用的催化剂储罐容积为1l，装填催化剂粉体质量为0.43kg(0.5l)，并充高纯氮气直至罐体内气压至0.5mpa。木炭被引燃后，先使用干粉灭火器朝木炭堆喷洒76g干粉灭火剂，20s后喷洒催化剂粉体30g。
36.该方法的一氧化碳处置能力如图3所示，使用该方法后一氧化碳浓度瞬间从130ppm左右降低至0ppm。
37.应用实施例二、
38.在全尺寸独头巷道内测试本发明一氧化碳同步处置方法的一氧化碳消除性能
39.选用巷道的宽度为5m，高度为3m，长度为50m，巷道中间放置20kg煤炭，并使用1l柴油引燃，选取的催化剂粉体的主要活性成分为铜和钴，铜和钴制备方法如下：
40.a.将硝酸钴与硝酸铜加入去离子水中，室温搅拌半小时；铜与钴的摩尔比为2:1。
41.b.将步骤a溶液加热至80℃，在持续搅拌下，在半小时内将0.2mol/l碳酸钠逐滴加入乙二醇溶液中，所得的混合液继续搅拌1小时。硝酸钴和硝酸铜与碳酸钠的摩尔比为1:2；
42.c.将步骤b获得的固体沉淀用去离子水与无水乙醇反复洗涤数次，在干燥箱中60℃干燥12小时；干燥后的固体在马弗炉中煅烧4h，煅烧温度为400℃，得到的黑色粉末即为所需催化剂；
43.d.使用行星球磨机研磨步骤c获得的催化剂2h，并用100目与500目筛网过筛，100～500目的催化剂粉体即为待用的催化剂粉体。
44.制得的催化剂粉体的一氧化碳催化氧化活性在固定床石英反应器中进行，实验结果表明，催化剂在50℃时co转化率为15％，70℃时可以将一氧化碳完全氧化为二氧化碳，该催化剂在50～300℃、100％rh环境中co氧化反应速率大于0.1mmol/(g
·
h)。
45.所用的催化剂储罐容积为5l，装填催化剂粉体质量为2kg(2.3l)，并充高纯氮气直至罐体内气压至1mpa。煤炭被引燃后，先使用干粉灭火器朝煤炭堆喷洒3kg干粉灭火剂，30s后喷洒催化剂粉体1.5kg。实验结果表明，未采用本方法时巷道内一氧化碳浓度可达1653ppm；而采用本方法后，巷道内的一氧化碳浓度仅达134ppm。