用于控制粉尘的方法和系统与流程

本申请是要求2015年11月6日提交的美国临时专利申请第62/252,081号的权益的国际(即PCT)申请，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及控制粉尘的方法。更具体地说，本发明涉及抑尘剂的分配方法。

背景技术：

通常，粉尘是由微粒引起的。无论它们的大小如何，微粒在受到外力作用时都倾向于成为气载微粒。然而，直径小于10μm的气载微粒被认为是呼吸性粉尘。在采矿作业(尤其是地下采矿作业)中产生的粉尘会引起重大的健康、环境和安全问题。例如，在地下煤矿工作的人员所接触的呼吸性煤尘是已知的健康危害，过度接触会导致严重的肺部疾病，通常称其为煤工尘肺(“CWP”)。除了呼吸危害之外，煤尘还是一种火灾隐患，特别是在地下作业中，因为逃生或撤离困难。同样，在其他采矿作业(例如金属矿或非金属矿)中，健康危害通常与接触呼吸性结晶型二氧化硅粉尘有关，其可导致硅肺。

技术实现要素：

提供了用于分配抑尘剂的方法和系统。在一实施例中，所述方法包括通过将表面活性剂组合物递送到水性液体流来形成水性分散体流。将水性分散体流混合以形成抑尘剂。将抑尘剂在足以提供表面覆盖的压力下分配到表面。通过张力计测量抑尘剂的表面张力，并将测量结果中继到控制器。根据中继到控制器的所测表面张力来调节水性分散体流的形成。

在一可替代实施例中，所述方法包括通过通过递送装置将表面活性剂组合物递送到水性液体流来形成水性分散体流。通过在线混合器将水性分散体流混合以形成抑尘剂。将抑尘剂在足以提供表面覆盖的压力下分配到表面。将抑尘剂的侧流转向，使得侧流具有的压力小于足以提供表面覆盖的压力。通过与控制器通信的张力计测量抑尘剂的表面张力，并且将测量结果中继到控制器，所述控制器与递送装置通信。根据通过从控制器中继到递送装置的信号中继到控制器的所测表面张力来调节水性分散体流的形成。转向、测量、中继和调节，使得抑尘剂具有约20达因/厘米至约45达因/厘米的所测表面张力。

在另一实施例中，提供了一种用于控制抑尘剂中的表面张力的系统。所述系统包括一递送装置、一混合器、一张力计和一控制器。所述递送装置被布置成将表面活性剂流递送到水性液体流以形成水性分散体流。所述混合器包括用于接收水性分散体流的入口和用于提供抑尘剂流的出口。所述张力计被配置成测量抑尘剂流中的抑尘剂的表面张力。所述控制器与所述张力计通信并被配置成接收和解释所测表面张力。所述控制器进一步与所述递送装置通信，从而提供对抑尘剂的表面张力的控制。

本文将进一步描述所述方法和系统。

附图说明

图1是可以用于执行本发明的方法的系统的一个实施例的示意图。

图2是可以用于执行本发明的方法的系统的一个可替代实施例的示意图。

图3是可以用于执行本发明的方法的系统的第二可替代实施例的示意图。

图4是可以用于执行本发明的方法的系统的第三可替代实施例的示意图。

具体实施方式

提供了用于分配抑尘剂的方法和系统。在一实施例中，所述方法包括通过将表面活性剂组合物递送到水性液体流来形成水性分散体流。将水性分散体流混合以形成抑尘剂。将抑尘剂在足以提供表面覆盖的压力下分配到表面。通过张力计测量抑尘剂的表面张力，并将测量结果中继到控制器。根据中继到控制器的所测表面张力来调节水性分散体流的形成。

在一可替代实施例中，所述方法包括通过通过递送装置将表面活性剂组合物递送到水性液体流来形成水性分散体流。通过在线混合器将水性分散体流混合以形成抑尘剂。将抑尘剂在足以提供表面覆盖的压力下分配到表面。将抑尘剂的侧流转向，使得侧流具有的压力小于足以提供表面覆盖的压力。通过与控制器通信的张力计测量抑尘剂的表面张力，并且将测量结果中继到控制器，所述控制器与递送装置通信。根据通过从控制器中继到递送装置的信号中继到控制器的所测表面张力来调节水性分散体流的形成。重复转向、测量、中继和调节，使得抑尘剂具有约20达因/厘米至约45达因/厘米的所测表面张力。

在另一实施例中，提供了一种用于控制抑尘剂中的表面张力的系统。所述系统包括一递送装置、一混合器、一张力计和一控制器。所述递送装置被布置成将表面活性剂流递送到水性液体流以形成水性分散体流。所述混合器包括用于接收水性分散体流的入口和用于提供抑尘剂流的出口。所述张力计被配置成测量抑尘剂流中的抑尘剂的表面张力。所述控制器与所述张力计通信并被配置成接收和解释所测表面张力。所述控制器进一步与所述递送装置通信，从而提供对抑尘剂的表面张力的控制。

本文使用术语“抑尘剂”来描述一种通过分配而接触颗粒并改善粉尘抑制(即防止和/或限制粉尘)的混合水性物质。在本方法的实施例中，通过将表面活性剂组合物递送到水性液体来形成水性分散体。术语“水性分散体”用于表示表面活性剂组合物和水性液体已经组合但未必混合。将水性分散体混合(在本文中将对其进一步描述)完成了抑尘剂的产生。

可以以任何一种或多种方式将表面活性剂组合物递送到水性液体，包括，但不限于，泵送、重力进料及其组合。

所述表面活性剂组合物包括一种或多种改善粉尘抑制的化合物。虽然不希望受理论束缚，但据信表面活性剂组合物通过降低水的表面张力来改善粉尘抑制，这允许改善对粉尘颗粒表面的润湿，从而改善粉尘抑制。

表面活性剂组合物可以是固体或液体。术语“液体”用于描述包括液体的组合物，其在某些实施例中是溶液、浆液、乳液、分散体及其组合。在某些实施例中，表面活性剂组合物是液体，并且在某些实施例中是具有约0.1至约1500cPs的特性粘度的液体。

适合包含在表面活性剂组合物中的表面活性剂化合物包括，但不限于，阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂非离子表面活性剂及其组合。阴离子表面活性剂包括烷基芳基磺酸盐、磺酸盐、石蜡磺酸盐、醇硫酸盐、醇醚硫酸盐、烷基羧酸盐和烷基醚羧酸盐、烷基和乙氧基化烷基磷酸酯、以及单烷基和二烷基磺基琥珀酸盐和磺基琥珀酰胺酸盐。阳离子表面活性剂包括，但不限于，烷基三甲基季铵盐、烷基二甲基苄基季铵盐、二烷基二甲基季铵盐以及咪唑啉盐。非离子表面活性剂包括但不限于醇烷氧基化物、烷基酚烷氧基化物、氧化乙烯、氧化丙烯和氧化丁烯的嵌段共聚物、烷基二甲基氧化胺、烷基-双(2-羟乙基)氧化胺、烷基酰胺丙基二甲基氧化胺、烷基酰胺丙基-双(2-羟乙基)氧化胺、烷基聚葡糖苷、聚烷氧基化甘油酯、脱水山梨糖醇酯和聚烷氧基化脱水山梨糖醇酯、以及烷酰基(alkoyl)聚乙二醇酯和二酯。还包括甜菜碱和磺基甜菜碱、两性表面活性剂，例如烷基两性乙酸盐和烷基两性二乙酸盐、烷基两性丙酸盐和烷基两性二丙酸盐、以及烷基亚氨基二丙酸盐。在某些实施例中，适合包含在表面活性剂组合物中并因此适合包含在水性分散体和抑尘剂中的表面活性剂化合物包括C_14-16α-烯烃磺酸盐和十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。

在本发明方法的某些实施例中，表面活性剂组合物包括季铵化合物、氧化胺、离子或非离子表面活性剂及其组合中的至少一种。合适的季铵化合物包括，但不限于，烷基苄基铵盐；苄基椰油烷基(C₁₂-C₁₈)二甲基铵盐；二椰油烷基(C₁₂-C₁₈)二甲基铵盐；二牛脂二甲基铵盐；二(氢化牛脂烷基)二甲基季铵甲基盐；甲基双(2-羟乙基椰油烷基(C₁₂-C₁₈)季铵盐；二甲基(2-乙基)牛脂铵甲基盐；正十二烷基苄基二甲基铵盐；正十八烷基苄基二甲基铵盐；正十二烷基三甲基铵盐；大豆烷基三甲基铵盐；以及氢化牛脂烷基(2-乙基己基)二甲基季铵甲基盐。在某些实施例中，上述化合物的盐是氯化物和/或硫酸盐。

水溶性非离子单体包括，但不限于，丙烯酰胺、丙烯酰胺的N-取代衍生物、丙烯酸羟烷基酯以及甲基丙烯酸羟烷基酯。阴离子单体包括，但不限于，丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、α-氯丙烯酸、巴豆酸、衣康酸、马来酸、富马酸、乙烯基磺酸以及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的盐。阳离子单体包括，但不限于，甲基丙烯酸二烷基氨基乙酯、二烯丙基二甲基氯化铵、乙烯基苄基-三甲基氯化铵等的季盐。在某些实施例中，可溶胀聚合物中的非离子单体选自由以下物质构成的群组：丙烯酰胺、N-N-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟乙酯及其组合。

在某些实施例中，可溶胀聚合物中的阴离子单体为一化合物的碱(例如钠)盐，所述化合物选自由以下物质构成的群组：丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸及其组合。在某些实施例中，可溶胀聚合物中的阳离子单体是二烯丙基二甲基氯化铵。水溶胀性交联聚合物可以用具有两个可与水溶性单体共聚的乙烯基的化合物来合成。示例性交联剂包括N-N'-亚甲基双丙烯酰胺、N,N'-亚甲基双甲基丙烯酰胺、亚烷基双丙烯酰胺、二乙烯基苯磺酸盐、乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、二烯丙基乙二醇醚、聚乙二醇的二乙烯基酯(例如聚乙二醇-600二丙烯酸酯)、聚乙二醇的二乙烯基醚以及类似的双官能单体。

在某些实施例中，表面活性剂组合物包括非离子表面活性剂。在某些实施例中，非离子表面活性剂是椰油正醇胺或酰胺，其在某些实施例中是椰油二乙醇酰胺。

在某些实施例中，水溶性支化剂和交联剂中的至少一种是在本文中被称为“B-支化剂”的甘油和烯丙基缩水甘油醚的加合物。其他类型的支化剂包括烯丙胺和马来酸酐与甲基乙烯基醚的共聚物的加合物，其具有不同的烯丙胺/酸酐摩尔比，在本文中被称为“A-支化剂”。

在某些实施例中，表面活性剂组合物包括二烯丙基二甲基氯化铵(“DADMAC”)的均聚物或共聚物，如美国专利第4,561,905号中所述，其通过引用整体并入本文。所述共聚物可含有约5摩尔％至约30摩尔％的水溶性阴离子单体。这些共聚物可以被称为聚两性电解质。在某些实施例中，阴离子单体是丙烯酸和甲基丙烯酸中的至少一种，其有时表示为(甲基)丙烯酸。如在1M NaNO₃中在30℃下所测量的，聚合物可具有至少0.3的特性粘度。用DADMAC聚合的水溶性阴离子单体的量可以从少至约5摩尔％变化到多达约30摩尔％。在某些实施例中，用于与DADMAC共聚的单体是甲基丙烯酸和/或丙烯酸，但也可以使用其他阴离子乙烯基单体。此类单体的实例是马来酸、衣康酸和富马酸。此外，稀释剂单体可以与DADMAC和水溶性阴离子单体进行三元共聚，并且可以以高达约10摩尔％的量使用。在某些实施例中，稀释剂单体是羟基C₂-C₆烷基丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯。可以使用的其它稀释剂单体包括，但不限于，丙烯腈、丙烯酰胺、苯乙烯、乙酸乙烯酯等。从大多数稀释剂单体价格便宜并且在大多数情况下不会实质上降低它们并入其中的DADMAC共聚物的活性的观点来看，含有稀释剂单体的聚合物是有吸引力的。如上文大体描述的DADMAC的共聚物和三元共聚物在美国专利第4,715,962号中有详尽说明，其公开内容通过引用整体并入本文。聚合物可以是水溶液形式或油包水乳液形式，其在存在某种水溶性表面活性剂(一种或多种)的情况下转化成水并使乳液中所含的聚合物快速溶解。DADMAC聚合物的剂量可以为至少约百万分之25份的聚合物(即，每公吨被处理的含金属材料中的聚合物的克数)，或约百万分之50份至约百万分之2000份。包括共聚物和三元共聚物的DADMAC聚合物可以是水溶液形式，其中水溶液中的聚合物含量为水溶液重量的约10％至约50％。

在某些实施例中，表面活性剂组合物包括表面活性剂化合物和含高萜烯的天然油，如美国专利第5,330,671；5,527,482；5,863,456；5,876,622；5,958,287；和6,124,366号中所述，其中每一个都通过引用整体并入本文。包括表面活性剂化合物和含高萜烯的天然油的表面活性剂组合物作为艺康集团(Ecolab)公司Enviroflo Engineering的DUSTFOAM抑制系统的一部分进行销售。含高萜烯的天然油是那些萜烯含量为至少约50％的天然油。含高萜烯的天然油可含有至少约90％的萜烯。合适的含高萜烯的天然油包括，但不限于，柑桔皮油，其包括但不限于橙皮油(即橙油)、葡萄柚皮油(即葡萄柚油)和柠檬皮油(即柠檬油)。在某些实施例中，含高萜烯的天然油包括橙皮油，因为它含有约90％至约94％的萜烯并且在世界某些地区非常丰富。松油也是一种有用的含高萜烯的天然油。

表面活性剂组合物可以包括约1重量％至约15重量％的含高萜烯的天然油，或约8重量％至约12重量％的含高萜烯的天然油，或约8重量％至约10重量％的含高萜烯的天然油。含高萜烯的天然油的量取决于含高萜烯的天然油中萜烯的量。例如，在橙皮油的情况下，橙皮油可以以约1重量％至约15重量％或约8重量％至约10重量％的量存在于表面活性剂中。萜烯可以破坏颗粒上的油性(脂肪)沉积物，使抑尘剂更好地与颗粒接触。常规的表面活性剂可以与含高萜烯的天然油组合使用，例如阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂中的至少一种。在某些实施例中，使用阴离子表面活性剂，其可以是，例如，脂肪酸盐、烷基硫酸盐、烷基醚磺酸盐、烷基芳基磺酸盐、其复合盐及其组合。可以使用的表面活性剂的其它实例包括十二烷基苯磺酸钠、月桂基乙醚硫酸钠和诸如仲烷基磺酸盐的钠盐(例如由赫斯特公司(Hoechst)销售的Hostaspun SAS 60)。此外，也可以使用乙氧基化壬基酚与，例如，约8至约10摩尔的环氧乙烷，和/或乙氧基化辛基酚与，例如，约8至约10摩尔的环氧乙烷(例如烷基芳基聚乙二醇醚N9)。在表面活性剂组合物的某些实施例中，表面活性剂含有多达约40重量％的表面活性剂(一种或多种)，或约15重量％至约25重量％的表面活性剂(一种或多种)，或约20重量％至约22重量％的表面活性剂。

表面活性剂组合物可以进一步包括各种添加剂，诸如，例如，抗氧化剂和/或防腐剂。合适的抗氧化剂的实例是丁羟甲苯(即2,6-二叔丁基对甲酚；“BHT”)。抗氧化剂可以以约0.01重量％至约1重量％，或约0.08重量％至约0.12重量％的量存在于组合物中。合适的防腐剂包括，但不限于，甲醛、对羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸丙酯、硼砂及其组合。防腐剂可以以约0.5重量％至约5重量％，或约0.8重量％至约1.2重量％的量存在于组合物中。

当形成时，水性分散体并因此抑尘剂包括水性液体，其包括水。水可以构成水性分散体的大部分，并因此也构成抑尘剂的大部分。通常，水性分散体以及因此抑尘剂可包括约60重量％至约99.9999重量％的水，包括从约60重量％、或从约63重量％、或从约66重量％至约99.999重量％、或至约99.999重量％、或至约99.99重量％、或至约99.9重量％、或至约99重量％、或至约90重量％的水。水性液体可以来源于淡水、海水、盐水、水和无毒水溶性有机化合物的混合物、再循环工艺水及其组合。

存在于水性液体中的水可以由几种潜在来源中的任何一种或多种提供。通常，在采矿作业的情况下，由于需要存在相对于矿山地理位置的特定水源或需要特定水源来提供方便，所述水源是必需的。举例来说，水性液体中存在的水源可以是自来水、井水、池塘水、河水、径流、来自工业过程的循环水中的至少一种。来自这些水源的水的特征可能差别很大。因此，在作业期间抑尘剂中的表面张力的测量结果可以提供可用于调节水性分散体流的形成并因此调节分配(其将抑尘剂分配到表面)的信息。

有效的表面活性剂组合物的实例包括约11％的十二烷基苯磺酸钠、约5％的月桂基乙醚硫酸钠、约9％的冷压橙皮油、约3％的烷基芳基聚乙二醇醚N9、约1％的仲烷基磺酸钠盐、约1％的甲醛和约0.1％的抗氧化剂；余量为水(所有百分数均以重量计)。有效的表面活性剂组合物的另一个实例包括10.95％(即约11％)的十二烷基苯磺酸钠、5.1％(即约5％)的月桂基乙醚硫酸钠、9.1％(即约9％)的冷压橙油、3.5％(即约3％)的烷基芳基聚乙二醇醚N9、1.4％(即约1％)的仲烷基磺酸钠盐、1％的甲醛和0.1％的抗氧化剂。在某些实施例中，余量为水(所有百分数均以重量计)。

有效的表面活性剂组合物的另一个实例包括约15％至约20％(例如约17％)的C₁₄-₁₆α-烯烃磺酸盐，约0.1％至约3％(例如约1％)的橙皮油，约0.1％至约2％(例如约0.6％)的椰油二乙醇酰胺和约0.01％至约1％(例如约0.1％)的抗氧化剂。在某些实施例中，余量为水(所有百分数均以重量计)。

尽管通过抑尘剂中的表面张力的测量结果来控制递送(其将表面活性剂组合物递送到水性液体)，但是抑尘剂中表面活性剂组合物的浓度可能不同。表面活性剂组合物可以被递送到水性液体，并因此存在于水性分散体和抑尘剂中，其量为约百万分之1份(“ppm”)至约40％，包括从约1ppm、或从约5ppm、或从约10ppm、或从约15ppm、或从约20ppm至约40％、或至约30％、或至约20％、或至约10％、或至约5％、或至约1％、或至约0.1％、或至约0.01％(即，约100ppm)、或至约0.005％(即，约50ppm)、或至约0.004％(即约40ppm)。在某些实施例中，表面活性剂组合物被递送到水性液体，并因此存在于水性分散体和抑尘剂中，其量为约20ppm至约40ppm。关于表面活性剂组合物的剂量，术语“百万分之份数(一份或多份)”(即“ppm”)是指每百万克水性分散体中表面活性剂的克数，因此在某些实施例中，是指每百万克抑尘剂中表面活性剂的克数。

在方法实施例中，将水性分散体混合，从而形成抑尘剂。在某些方法实施例中，通过搅拌罐、在线混合器、输送水性分散体的管道内产生的湍流及其组合中的至少一种来进行混合。在某些实施例中，通过在线混合器进行混合。在线混合器可购自，例如，美国伊利诺斯州卡瑞市的Koflo公司(Koflo,Cary,Illinois,USA)；以及美国俄克拉荷马州塔尔萨市的苏尔寿化学科技美国公司(Sulzer Chemtech USA Inc.,Tulsa,Oklahoma,USA)。在线混合器的另一个实例是PARETO混合技术，其可获自位于伊利诺斯州60563内伯威尔市西迪尔路1601号的一家艺康集团的公司，纳尔科公司(Nalco,Ecolab,1601West Diehl Road,Naperville,IL 60563)，该技术至少部分地在美国专利第7,550,060；7,785,442；7,938,934；和7,981,251号中描述，其中每一个的公开内容通过引用整体并入本文。

在方法实施例中，在足以提供表面覆盖的压力下将抑尘剂分配到表面。对抑尘剂可以以几种方式中的任何一种或多种进行分配。例如，可以在压力下通过配备有喷嘴的管道递送抑尘剂，所述喷嘴被配置成提供抑尘剂的雾化并且足以提供表面覆盖。在某些实施例中，抑尘剂的雾化形成平均液滴尺寸为约0.1μm至约100μm的抑尘剂液滴。在某些实施例中，抑尘剂的雾化形成泡沫。使用泡沫抑制粉尘可能是有效的，特别是在可用水量有限和/或需要避免大量径流时。

术语“表面”在本文中用于描述矿层的壁、底板、顶板等或其一部分；微粒的外表面；采出产品的外表面；采出产品堆的外表面；及其组合。术语“采出产品”旨在包括已经从矿山表面提取的任何矿床。术语“经提取的”表示“采出产品”不再处于其自然状态，例如，采出产品不再附着于矿层。采出产品可能存在于矿山中，或者可能已从矿山中取出。采出产品可能未经加工或已经加工。采出产品可能具有丰富的资源或基本上是待舍弃的废弃物。采出产品可以被堆放，例如用于加工、运输或舍弃。在某些实施例中，表面包括颗粒物，其含有矿物、煤、矿石、泥土、粘土、石灰石、盐、尾矿及其加工物中的至少一种。在采出产品的开采、处理和/或转移期间可能产生微粒，并且可以在采出产品的处理或转移或者处理和转移期间实施本文公开的方法。

短语“表面覆盖”用于表示如本文所定义的所期望表面在不使用所公开的方法和/或系统的情况下被分配操作预期的、经分配的抑尘剂覆盖。也就是说，如果分配操作被布置成将抑尘剂分配到表面的某一部分，则所述表面的某一部分是在其与本文所述的方法和系统相关时将被覆盖的“表面”。短语“在足以提供表面覆盖的压力下”表示按照在足以使抑尘剂覆盖表面的压力下分配抑尘剂的方式来输送抑尘剂，例如通过喷嘴分配。对于需按设计执行的限流装置(如喷嘴)来说，通常需要一定量的压力。在相对较高的压力下将抑尘剂喷射到表面上有助于微粒团聚，这抑制了粉尘的形成。常规的喷嘴在不存在表面活性剂的情况下可产生具有约40至60μm的直径的水滴，这可有效地抑制相近尺寸的微粒。然而，较小尺寸的液滴对于抑制较小尺寸的微粒是必需的。由于水的固有表面张力为近似72达因/厘米，所以在不存在表面活性剂的情况下水的液滴尺寸通常不会降低。

在某些方法实施例中，足以提供表面覆盖的压力为约1psig至约100psig，包括从约10psig、或从约15psig、或从约20psig至约100psig、或至约80psig、或至约60psig、或至约40psig。

在某些方法实施例中，通过将抑尘剂的侧流转向至张力计来测量抑尘剂的表面张力。在某些实施例中，侧流具有的压力小于足以提供表面覆盖的压力。侧流的降低的压力可以允许在大气压下进行表面张力测量。表面张力是分子间作用力的一种现象，其导致两种竞争力：内聚力和附着力。有几种方法可用来使用，例如，台式张力计来测量稳态条件下的表面张力。然而，对于本文所述的应用来说，频繁或甚至连续的测量可能是必需的。在某些实施例中，对抑尘剂的表面张力的测量至少每周进行一次，或至少每天一次，或至少每12小时一次，或至少每3小时一次，或至少每小时一次，或至少每30分钟一次，或至少每15分钟一次，或至少每5分钟一次，或至少每4分钟进行一次，或至少每3分钟一次，或至少每2分钟一次，或至少每分钟一次，或至少每30秒一次，或至少每10秒一次，或至少每秒一次，或至少每秒两次，或连续地进行。能够进行频繁甚至连续的表面张力测量的张力计是，例如，最大气泡压力张力计。气泡压力张力计的实施例包括可购自德国德累斯顿市的西塔工艺对策公司(Sita Process Solutions,Dresden,Germany)的Clean Line ST张力计，和可购自美国俄克拉荷马州辛辛那提市的Divtech设备公司(Divtech Equipment,Cincinnati,Ohio,USA)的Sensadyne IP6000过程中表面张力计。

在某些实施例中，抑尘剂的侧流通过配备有可操作地连接至控制器的自动阀的丁字管而被转向。在某些方法实施例中，抑尘剂的侧流具有的压力为约0psig至约80psig、包括从约1psig、或从约2psig至约40psig、或至约20psig、或至约10psig。在某些实施例中，抑尘剂的侧流具有约0psig的压力。在某些实施例中，停止抑尘剂的侧流的流动，并且在侧流的流动停止之后使用张力计测量侧流的表面张力。

在某些方法实施例中，不对抑尘剂的侧流进行转向。在某些实施例中，抑尘剂的主流接触张力计，并且在抑尘剂被分配之前测量抑尘剂的表面张力。在此类实施例中，暂时停止抑尘剂的流动以允许测量抑尘剂的表面张力。随着抑尘剂的流动暂时停止，张力计可以测量抑尘剂的表面张力。在某些方法实施例中，在流动暂时停止时，抑尘剂的主流具有的压力为约0psig至约80psig，包括从约1psig、或从约2psig至约40psig、或至约20psig、或至约10psig。在某些实施例中，当流动被暂时终止时，抑尘剂的主流具有的压力为约0psig。

在某些实施例中，抑尘剂通过至少一个喷嘴而被分配，所述喷嘴将雾提供到表面上。在某些实施例中，雾具有约1μm至约100μm的液滴尺寸，包括从约5μm、或从约10μm至约50μm、或约30μm。在某些实施例中，抑尘剂以约45度至约170度的喷射角被分配，包括从约60度、或从约80度至约150度、或至约120度。术语“喷射角”用于描述特定喷射装置(例如喷嘴)提供覆盖的角度(即，喷射的角“宽度”)。喷射角的实例在图1-4中被示为θ。抑尘剂可以通过任何喷射方式被分配，并且在某些实施例中，抑尘剂以一种喷射方式被分配，以使得抑尘剂以最小的机械干预提供表面覆盖(例如，不需要移动喷射装置(一个或多个))。

所述方法包括用张力计测量抑尘剂的表面张力的步骤。在某些实施例中，通过张力计测量抑尘剂的表面张力，所述张力计选自由以下构成的群组：毛细上升张力计、滴定(即滴体积)张力计、铂金板张力计、铂金环张力计、分析悬液滴形状的张力计、分析气泡形状的张力计、分析振荡液体射流形状的张力计和最大气泡压力张力计。在某些方法实施例中，是如本文所述的最大气泡压力张力计。最大气泡压力将液体的(对于本文描述的方法来说，即抑尘剂的)所测最大气泡压力与液体的表面张力相关联。如本文所用，将液体的所测最大气泡压力与液体的表面张力相关联是测量表面张力的一种形式。

举例来说，最大气泡压力张力计通过将细毛细管浸入液体中(这使得液体上升到毛细管中)来测量液体的表面张力。弯液面处(即毛细管内部的液-气界面)的压力为零。外部气体源(例如，空气；在图中示出为具有阀33b的流33a)的压力逐渐增加，从而向下推动弯液面并最终在毛细管的末端形成气泡。随着气体压力增加，当气泡内部的压力已达到其液体的最大值时，气泡膨胀并形成半球。当气泡发展成比半球还大时，内部的平衡压力下降并使气泡不稳定，从而导致气泡脱落。液体的表面张力与所测最大压力相关联。

为了消除可能由，例如，泡沫和/或悬浮颗粒引起的不准确性的影响，可以使用相当的最大气泡压力张力计，其使用两个不同孔口的毛细管进行两次如本文所述的最大压力测量。两个气泡之间的压力差用于与液体的表面张力相关联。相当的最大气泡压力张力计的一个实例是本文讨论的Sensadyne IP6000过程中表面张力计。

抑尘剂的所测表面张力被中继到控制器。中继可以以任何合适的方式进行，包括有线电子信号、无线电子信号、手动输入所测表面张力、以及其他已知的信息中继方法。在某些实施例中，张力计与控制器通信；因此，张力计能够自动地将测量表面张力中继到控制器(即，没有人为干预)。

在方法实施例中，根据中继到控制器的抑尘剂的所测表面张力来调节水性分散体流的形成，以及因此调节抑尘剂的形成。术语“经调节”表示通过几种控制方案中的任何一种或多种控制水性分散体的产生，并因此控制抑尘剂的产生。例如，调节递送(将表面活性剂组合物递送到水性液体)可试图实现设定点表面张力、表面张力的控制范围和控制算法中的至少一种，所述控制算法，例如，根据在执行所述方法时存在的一个或多个其他条件计算变量设定点。在某些实施例中，转向、测量、中继和调节步骤，从而允许反馈控制。

为了调节水性分散体的形成并因此调节抑尘剂的形成，可以调节几个变量中的任何一个或多个。例如，在某些实施例中，通过以下方式中的至少一种来进行对水性分散体流的形成的调节：增加递送到水性液体的表面活性剂的量；减少递送到水性液体的表面活性剂的量；增加表面活性剂递送到其的水性液体的量；减少表面活性剂递送到其的水性液体的量；选择可替代性表面活性剂；调节对水性分散体的混合；调节所述方法的物理参数；及其组合。

某些方法实施例试图将抑尘剂的表面张力控制在一定的表面张力值范围内。在某些实施例中，抑尘剂具有约20达因/厘米至约45达因/厘米的所测表面张力。抑尘剂的所测表面张力可以为从约20达因/厘米、或从约25达因/厘米、或从约30达因/厘米至约45达因/厘米、或至约40达因/厘米、或至约35达因/厘米。在某些实施例中，抑尘剂具有约30达因/厘米至约35达因/厘米的所测表面张力。

为了实施所述方法，提供了用于控制抑尘剂中的表面张力的系统。所述系统可以进一步将抑尘剂分配到表面。图1是可以用于执行本发明的方法的系统的一个实施例的示意图。图3是可以用于执行本发明的方法的系统的一个可替代实施例的示意图。如图1和3中所示，系统10包括递送装置12，所述递送装置12在某些实施例中包括剂量测量装置13a和阀13b，所述递送装置12被布置成将表面活性剂流14递送到水性液体流16(在图3中通过混合器20递送到水性液体流16)以形成水性分散体流18。混合器20具有接收水性分散体流18的入口22和提供抑尘剂流26的出口24。丁字形物28被配置成接收抑尘剂流26并使其分开，使得主抑尘剂流26a被分配到表面，并且侧流26b与阀30流体连通，使得当阀30处于打开位置时阀30中存在侧流26b。张力计32被配置成接收和测量侧流26b的表面张力。空气流33a通过阀33b被递送到张力计32，所述张力计32用于测量侧流26b中的抑尘剂的表面张力。控制器34与递送装置12通信，从而提供对抑尘剂的表面张力的控制。

图2是可以用于执行本发明的方法的系统的一个可替代实施例的示意图。图4是可以用于执行本发明的方法的系统的一个可替代实施例的示意图。在图2和4中，系统110包括递送装置12，所述递送装置12在某些实施例中包括剂量测量装置13a和阀13b，所述递送装置12被布置成将表面活性剂流14递送到水性液体流16(在图4中通过混合器20递送到水性液体流16)以形成水性分散体流18。混合器20具有接收水性分散体流18的入口22和提供抑尘剂流26的出口24。张力计32被配置成接收和测量抑尘剂流26的表面张力。空气流33a通过阀33b被递送到张力计32，所述张力计32用于测量抑尘剂流26中的抑尘剂的表面张力。控制器34与递送装置12通信，从而提供对抑尘剂的表面张力的控制。

本发明的系统可以进一步包括至少一个喷嘴40(见，例如，图1-4)，所述喷嘴40用于接收抑尘剂流26或主抑尘剂流26a并将其分配到表面。在某些系统实施例中，至少一个喷嘴能够以约80度至约170度的喷射角分配抑尘剂。在某些系统实施例中，喷嘴能够将雾提供到表面上。在某些系统实施例中，喷嘴能够提供包括具有如本文所述的平均液滴尺寸的液滴的雾。

在某些系统实施例中，递送装置被布置成将表面活性剂流递送到水性液体流以形成水性分散体流。如本文所述，递送装置是被布置成能够将表面活性剂流递送到水性液体流的装置。在某些实施例中，递送装置是能够将表面活性剂流递送到水性液体流的泵。在某些实施例中，泵被配置成在混合之前将表面活性剂组合物流递送到水性液体流，使得水与表面活性剂的体积比为约5:1至约10,000:1。

在系统实施例中，混合器具有用于接收水性分散体流的入口和用于提供抑尘剂流的出口。在某些实施例中，混合器是本文中描述的在线混合器。在某些系统实施例中，混合器被配置成产生其为均匀的水性分散体的抑尘剂。

在系统实施例中，如本文所述的张力计被配置成测量抑尘剂流中的抑尘剂的表面张力。张力计可以被配置成通过抑尘剂的主流或通过抑尘剂的侧流来测量抑尘剂流中的抑尘剂的表面张力。抑尘剂的侧流允许在大气压和没有流动流的情况下进行表面张力测量。张力计还可以被配置成测量“主流”抑尘剂流(例如，图2和4的抑尘剂流26)的表面张力。对于使用最大气泡压力张力计时的这种配置来说，确保抑尘剂流的流动不会干扰张力计中气泡的脱落，因为这种干扰会导致测量结果不准确。在某些实施例中，执行所述方法，以使得抑尘剂流不干扰表面张力的测量。

在系统实施例中，控制器与张力计通信并被配置成接收和解释所测表面张力。控制器进一步与递送装置通信，从而提供对抑尘剂的表面张力的控制。因为属于本发明，所以除非另有说明，否则“控制器”是指具有组件(诸如处理器、存储器装置、数字存储介质、阴极射线管、液晶显示器、等离子显示器、触摸屏、或其他显示屏、和/或其他组件)的一个或多个电子装置。控制器包括，例如，指导用户，向用户提供提示或者向用户提供关于本发明方法的任何部分的信息的交互界面。此类信息可以包括，例如，校准模型的建立、一个或多个参数的数据收集、测量位置(一个或多个)、结果数据集的管理等。

通常，控制器可操作以用于与一个或多个专用集成电路、程序、计算机可执行指令或算法、一个或多个硬连线装置、无线装置和/或一个或多个机械装置(诸如液体处理器、液压臂、伺服机或其他装置)的集成和/或通信。此外，控制器可操作以用于集成尤其是由通过实施本发明方法而测量的参数所产生的反馈、前馈或预测环路(一个或多个)。一些或所有控制器系统功能可以位于诸如网络服务器的中心位置，用于通过局域网、广域网、无线网络、外联网、因特网、微波链路、红外线链路等、以及这些链路或其他合适链路的任何组合进行通信。另外，可以包括诸如信号调整器或系统监控器的其他组件，以便于信号传输和信号处理算法。

举例来说，控制器可操作以用于以半自动或全自动方式实施本发明方法。在另一个实施例中，控制器可操作以用于以手动或半手动方式实施所述方法。

使用诸如有线或无线网络、电缆、数字用户线路、因特网等的任何合适的装置来完成数据传输(其将任何所测参数或信号传输到用户、化学泵、警报器或其他系统组件)。可以使用任何合适的接口标准(一种或多种)，诸如以太网接口、无线接口(例如IEEE802.lla/b/g/n、802.16、蓝牙、光学、红外线、其他射频、任何其他合适的无线数据传输方法以及前述的任意组合)、通用串行总线、电话网络等、以及这种接口/连接的组合。如本文所使用，术语“网络”包含所有这些数据传输方法。本文描述的任何组件、装置、传感器等可以使用上述或其他合适的接口或连接而彼此连接和/或与控制器连接。在一个实施例中，从系统接收信息(指由本发明方法生成的所有输入或输出)并将其存档。在另一个实施例中，根据时间表或计划表来处理此类信息。在另一个实施例中，此类信息被实时处理。这种实时接收还可以包括，例如，通过计算机网络的“数据流式传输”。

尽管系统可以通过任何可能的方式将抑尘剂流分配到表面，但是某些系统还包括至少一个用于接收抑尘剂流并将其分配到表面的喷嘴。当使用时，喷嘴(一个或多个)可以是几种类型中的一种或多种，包括，例如，中空锥体型、全锥体型、扁平扇型、液压精细型和/或空气雾化型。

中空锥体型喷嘴提供锥形喷雾并且通常提供小尺寸至中等尺寸的液滴。相比之下，中空锥体型喷嘴的出口直径通常比其他喷嘴略大，不易堵塞。中空锥体型喷嘴广泛用于击落气载粉尘。

全锥体型喷嘴同样也是圆锥形的，但锥体的“内部”基本上是用喷雾填充的。全锥体型喷嘴通常提供中等尺寸至大尺寸的液滴。全锥体型喷嘴可用于实现，例如，表面的均匀润湿。全锥体型喷嘴主要用于防尘，但不用于抑制气载粉尘。

扁平扇型喷嘴通常提供小尺寸至中等尺寸的液滴，并且可在宽流速和喷射角范围内使用。扁平扇型喷嘴通常用于产生喷雾“帘”以在特定位置包含粉尘。扁平扇型喷嘴通常用于防尘，但不用于抑制气载粉尘。

与其他喷嘴相比，液压精细型喷嘴提供了中空锥体型的非常小的液滴。液压精细型喷嘴可用于抑制气载粉尘。液压精细型喷嘴具有相对较小的孔口，易于堵塞。

与其他非液压精细型喷嘴相比，空气雾化型喷嘴可用于多种喷雾模式(例如，中空锥体型、全锥体型、扁平型等)并且提供非常小的液滴。空气雾化型喷嘴可用于抑制气载粉尘。空气雾化型喷嘴通常包括非常小的孔口，依靠压缩空气来驱动液体通过孔口。通常，空气雾化型喷嘴比其他类型的喷嘴需要更多的维护。

通过参考以下实例可以更好地理解前述内容，其出于说明的目的而呈现，并且不旨在限制本发明的范围。

实例

在此实例中使用了两种表面活性剂。一种表面活性剂基于非离子乙氧基化壬基酚(无色液体，pH为4.1，在23℃下粘度为135cPs，且比重为1.01)，另一种表面活性剂是多种非离子和阴离子表面活性剂的混合物，包括线性十二烷基苯磺酸、月桂醇醚硫酸钠、乙氧基化醇以及α-烯烃磺酸盐和水(无臭黄色液体，pH为7.8，在24℃下粘度为1400cPs，且比重为1.03)。将这两种表面活性剂与水混合，各自置于多个烧杯中(静态混合)，并且各自通过通过Koflo Model 3/8-40C-4-12-2静态在线混合器以不同浓度混合。通过将已知质量的每种表面活性剂组合物加入到已知量的水中来完成在烧杯中的混合，并且浓度是预定的。当使用在线混合器时，直接在在线混合器入口的上游引入不同量的表面活性剂。水流量保持在每分钟1加仑(3.875升)。将各表面活性剂组合物单独添加到质量浓度范围为0.01至0.051％的水流(例如水性液体流)中。对于在线混合的实例来说，在每个浓度下多次收集抑尘剂以确保达到均匀性。

使用铂金板张力计测量形成的每种抑尘剂的表面张力。在在线混合器的出口处收集通过在线混合器形成的抑尘剂。表I显示了各种表面活性剂浓度下的表面张力数据。水的表面张力为约72达因/厘米。随着表面活性剂的加入，表面张力降低直至达到通常被称为临界胶束浓度(“CMC”)的平稳段，此时表面张力随着表面活性剂的进一步加入而保持相当恒定。如数据所示，即使在0.01％的表面活性剂浓度下，在线混合也使得达到CMC，这确保了实现均匀混合。

表I：

以绝对项或近似项给出的任何范围旨在包含两者，并且本文中使用的任何定义旨在是说明性的而不是限制性的。尽管列出本发明广泛范围的数值范围和参数是近似值，但具体实例中列出的数值是尽可能精确地记录的。然而，任何数值固有地包含某些误差，其必然是由它们各自试验测量结果中发现的标准偏差导致的。此外，本文公开的所有范围应被理解为涵盖其中包含的任何子范围(包括全部分数和整数值)。

本文引用的所有参考文献(包括出版物，专利申请和专利)均通过引用并入本文，其程度如同每篇参考文献被单独且具体地指出通过引用并入并且在本文中被整体阐述。

本文描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的、用于实施本发明的最佳方式。在阅读前面的描述之后，那些优选实施例的变化对于本领域的普通技术人员来说可以变得显而易见。发明人期望技术人员适当地采用这样的变化，并且发明人希望本发明以不同于本文具体描述的方式来实施。因此，本发明包括适用法律所允许的所附权利要求书中记载的主题的所有修改和等同内容。此外，除非本文另有说明或者与上下文明显矛盾，否则本发明涵盖上述要素在其所有可能变型中的任何组合。