Теплогенерирующий состав
Изобретение относится к веществам, при взаимодействии которых происходят необратимые химические реакции, сопровождаемые выделением тепла, может быть использовано, в частности, в пищевой промышленности, а также для обработки призабойной зоны скважины. Состав включает в следующем соотношении, мас.%: 25-35 глицерина, 4-5 марганцовокислого калия, остальное - вода. Причем глицерин и марганцовокислый калий при получении состава использованы в виде водных растворов. Изобретение позволяет свести к минимуму количество выделяющегося газа. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к веществам, при взаимодействии которых происходят необратимые химические реакции, сопровождаемые выделением тепла, и может быть применено для устройств, используемых тепло, образующееся в результате экзотермических реакций. В частности, изобретение может быть использовано в пищевой промышленности, при производстве продуктов быстрого приготовления и разогреваемых перед применением. Изобретение может также быть применено в нефтегазодобывающей промышленности, в частности для обработки призабойной зоны скважин.
Известен технологический состав, включающий соляную кислоту, магний и воду (Глинка Н.Л., Общая химия, изд-во “Химия”, 1971, с.712).
Недостатком этого состава является то, что соляная кислота обладает высокой токсичностью и большой коррозийной активностью, в результате реакции образуется большое количество газа водорода.
Известен состав, содержащий окислитель и восстановитель, включающий хлористый аммоний, нитрит натрия, кислоту, сульфонол и воду (авторское свидетельство СССР №1461868, Е 21 В 33/138, 1989).
В результате экзотермической реакции нитрита натрия с хлористым аммонием в присутствии кислоты происходит повышение температуры смеси с 20 до 150°С и выделение газа азота. Недостатком данного состава является то, что время достижения максимальной температуры весьма продолжительно и составляет 10-90 минут, а также интенсивное газообразование, которое приводит к увеличению объема состава в 2-3 раза.
Известен способ увеличения степени извлечения нефти, газа и интенсификации работы скважин на месторождениях (см. RU 2156860, МПК7 Е 21 В 43/24, 27.09.2000), в соответствии с которым используют жидкие зажигательные составы, при возгорании которых получают область высокой температуры и давления. В качестве веществ, при взаимодействии которых начинается реакция горения, могут быть использованы перманганат калия и глицерин.
Известна нагревательная установка для жидких продуктов питания и напитков, выполненная в виде контейнера, внутри которого смонтирован кожух, разделенный мембраной на два отсека. В последних размещают компоненты, которые при соединении вступают в экзотермическую реакцию (см. GB 1329122, МПК7 F 24 J 1/00, 16.09.1969). В качестве указанных компонентов может быть использована смесь воды и глицерина, перманганат калия и твердый сорбит. Данный состав можно считать наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению, однако, в приведенном решении нет сведений о количественном содержании входящих в состав ингредиентов, позволяющих регулировать количество образующегося в результате реакции газа, а также скорость нагрева.
Задачей изобретения является сведение к нулю количества образующегося газа.
Указанная задача решается подбором количественного содержания входящих в состав ингредиентов, а именно в составе, включающем марганцовокислый калий, глицерин и воду, компоненты взяты в следующем соотношении, маc.%:
Глицерин - 25-35
Марганцовокислый калий - 4-5
Вода - остальное.
При соотношении компонентов, мас.%:
Глицерин - 35
Марганцовокислый калий - 5
Вода - остальное
сокращается время достижения максимальной температуры разогреваемого продукта.
Целесообразно, чтобы глицерин и марганцовокислый калий при получении состава использовались в виде водных растворов.
В составе окислителем является марганцовокислый калий (перманганат калия КМnO4), который проявляет способность к многостадийному окислению восстановителей. Восстановителем является глицерин, который способен к многоступенчатому окислению с образованием промежуточных продуктов вплоть до углекислого газа.
При применении состава с целью быстрого нагрева продуктов питания при производстве продуктов быстрого приготовления пищу или напиток размещают в специальной таре (например, банке) с изолированным теплоносителем. При соединении реагирующих веществ в результате экзотермической реакции происходит повышение температуры пищи или напитка до необходимой величины.
При применении состава с целью обработки призабойной зоны скважины происходят нагрев и очистка порового пространства продуктивного пласта в результате плавления и растворения асфальтно-парафинистых веществ.
В данном составе количество компонентов подобрано с таким расчетом, чтобы экзотермическая реакция протекала без образования газообразных продуктов, с сохранением теплового эффекта и за минимально возможное время. Это повышает технологические, эксплуатационные и потребительские свойства состава.
При проведении исследований по подбору количественного соотношения входящих в теплогенерирующий состав ингредиентов состав готовят в следующей последовательности. В один стакан помещают заданное количество глицерина и добавляют такое же количество воды. Компоненты перемешивают до полного растворения в течение 1-2 минут. В другой стакан набирают оставшееся количество воды и добавляют необходимое количество марганцовокислого калия. Компоненты перемешивают до растворения реагента. Затем оба раствора соединяют и перемешивают в течение 0,5 минуты. Состав готов к применению.
Зависимость свойств составов от соотношения входящих в них компонентов представлена в таблице.
| Таблица | ||||||
| Состав раствора, мас.% | Газообразование, мл | Время достижения макс. температуры, мин | Максимальная температура теплогене-рирующего состава, °С | |||
| № | Глицерин | Марганцо-вокислый калий | Вода | |||
| 1 | 25 | 4,0 | 71 | 0 | 3,5 | 80 |
| 2 | 30 | 4,5 | 65,5 | 0 | 3,0 | 86 |
| 3 | 35 | 5,0 | 60 | 0 | 2,5 | 90 |
| 4 | 24 | 4,0 | 72 | 2,8 | 3,6 | 81 |
| 5 | 35 | 6,0 | 59 | 3,2 | 1,0 | 90 |
Ниже приведен конкретный пример проведения исследований свойств теплогенерирующего состава в соответствии с предложенным изобретением.
К 25 г глицерина добавляют 25 г воды и перемешивают в течение 1-2 минут. В другом стакане к 46 г воды добавляют 4 г марганцовокислого калия и перемешивают в течение 1-2 минут до полного растворения реагента. Затем оба раствора сливают в один стакан и перемешивают в течение 0,5 минуты. Состав помещают в термоизолированный стакан или колбу и замеряют изменение температуры состава во времени, максимальную температуру состава, количество выделяющегося газа.
В результате исследований установлено, что предлагаемые теплогенерирующие составы по своим свойствам превосходят состав-прототип. При их использовании не образуются газообразные продукты реакции. Пример 1-3 (см. таблицу) показывает, что технический результат может быть реализован при всех принятых количественных соотношениях компонентов теплогенерирующего состава. Использование составов с запредельными значениями компонентов (составы 4 и 5) приводит к появлению газообразования. Из примера 3 следует, что при указанном соотношении компонентов и отсутствии газообразования достигаются как максимальная для данного состава температура (90°С) разогреваемого продукта, так и минимальное время ее достижения (2,5 мин).
Технология применения состава в пищевой промышленности, в частности при производстве продуктов быстрого приготовления (чай, кофе, бульон), которые необходимо разогреть перед применением, заключается в следующем.
Компоненты состава помещают раздельно в пустотелый корпус специальной банки. Конструкция корпуса банки такова, что пищевой продукт размещен в изолированной части банки, а между реагирующими компонентами, расположенными в другой части банки, размещена перегородка, способная разрушаться при механическом воздействии. При необходимости подогрева пищевого продукта, находящегося во внутренней изолированной емкости банки, компоненты теплогенерирующего состава (водный раствор глицерина и водный раствор марганцовокислого калия) соединяют путем механического разрушения перегородки, разделяющей эти растворы в пустотелом корпусе банки. При этом пищевой продукт нагревается до температуры 80-90°С в течение 2,5-3,0 минут, а затем медленно остывает.
Технология применения состава с целью обработки призабойной зоны скважин заключается в раздельной закачке водного раствора глицерина и водного раствора марганцовокислого калия в обрабатываемый продуктивный пласт нефтегазодобывающей скважины. При этом закачиваемые растворы разделяют буферным раствором, в качестве которого применяют нефтепродукты (нефть, дизельное топливо). Скважину выдерживают на реагирование компонентов состава в течение 3-6 часов.
Использование изобретения в нефтеперерабатывающей промышленности позволит повысить качество обработки продуктивных пластов и увеличит добычу нефти. Применение изобретения в пищевой промышленности позволит улучшить потребительские и гигиенические свойства продуктов быстрого приготовления.
1. Теплогенерируюший состав, включающий марганцовокислый калий, глицерин и воду, отличающийся тем, что состав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Глицерин 25-35
Марганцевокислый калий 4-5
Вода Остальное
2. Теплогенерирующий состав по п.1, отличающийся тем, что состав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Глицерин 35
Марганцевокислый калий 5
Вода Остальное
3. Теплогенерирующий состав по п.1 или 2, отличающийся тем, что глицерин и марганцевокислый калий при получении состава использованы в виде водных растворов.
