Автономная система производства и подачи к очагу возгорания в лесу противопожарных веществ

011050 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к области разработки методов защиты лесных массивов от уничтожения их огнем в случаях возникновения пожара, в частности в тех местах, в которые не всегда возможно доставить технику пожаротушения и людей для быстрой локализации очага возгорания. Предшествующий уровень техники. Специалистами лесного хозяйства и пожарниками используются все известные меры, направленные на уменьшение ущерба от пожаров, начиная от создания системы своевременного обнаружения огня в любой точке лесных массивов с использованием искусственных спутников Земли и до применения авиации при локализации очагов возгораний. Разработчики методов предотвращения распространения возгораний в лесу на большие массивы пытаются найти эффективный способ изоляции горящего участка леса от кислорода воздуха путем создания над очагом пожара защитного облака из инертных газов. Например, в описании изобретения к авторскому свидетельству SU1347940 А 1 4 А 62 С 1/14, 5/00 от 06.03.86 г., которое опубликовано 30.10.87 г. в Бюллетене Государственного Комитета СССР по делам изобретений и открытий 40, раскрыт способ получения инертных газов для борьбы с распространением возгораний, сущностью которого является сжигание углеводородного топлива в струе атмосферного воздуха, затем частичное охлаждение продуктов сгорания, содержащих кислород и оксид углерода, с целью перевода их в присутствии катализаторов в диоксид углерода, а образовавшуюся смесь дополнительно охлаждают до начала гидратообразования диоксида углерода и насыщают водой, после чего ее охлаждают до температуры образования гидрата диоксида углерода для отделения образовавшегося гидрата от потока газообразного азота. Недостатком описанного способа получения диоксида углерода и азота для борьбы с пожарами является ограниченность запасов углеводородного топлива, предназначенного для сжигания в установках по производству инертных газов, размещенных вблизи от защищаемого лесного массива в труднодоступной местности, а также то обстоятельство, что при подаче полученных газов они смешиваются с воздухом и не образуют надежной изоляции горящих материалов от кислорода воздуха. Для повышения эффективности тушения пожара инертными газами в изобретении SU494164 МКИ А 62d 1/00, А 62 с 1/10 от 04.07.73 г., опубликованном 05.12.75 г. в Бюллетене 45 Госкомитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий, авторы считают целесообразным подавать на очаг возгорания диоксид углерода в виде устойчивого аэрозоля. Для получения диоксида углерода в виде аэрозоля в трубопроводе на всем его протяжении до распылителя надо поддерживать давление выше 4,2 бар (до 15 бар) любыми известными устройствами (например, с помощью устройства типа пружинного предохранительного клапана, совмещенного с распылителем). Для того чтобы предотвратить образование снега при выходе струи диоксида углерода из распылителя, ее распыляют любым известным устройством на мелкие капли (диаметром меньше 200 мк). Аэрозольный диоксид углерода хорошо проникает в мелкие поры и глубокие трещины, поэтому может тушить тлеющие сгораемые материалы (древесину, ткань). Повышенный эффект тушения пожара обеспечивает также сравнительно небольшое теплосодержание (34-36 ккал/кг) аэрозольного диоксида углерода. Заявленный способ тушения пожара за счет подачи к очагу возгорания диоксида углерода в виде устойчивого аэрозоля предполагает наличие вблизи от места возможного пожара изотермического резервуара, в котором диоксид углерода находится в сжиженном состоянии при температуре от -30 до -56C, но при этом авторы изобретения не дают решения проблемы бесперебойного пополнения запасов сжиженного диоксида углерода в случаях расходования его для тушения пожаров, а это обстоятельство является самым важным в деле создания надежной системы тушения лесных пожаров, в особенности в труднодоступной местности. Таким образом,приходится констатировать, что к началу 21 века еще не создана надежная система производства противопожарных веществ и подачи их к очагу возгорания в лесу без использования привозных энергоресурсов, требующихся для функционирования необходимого оборудования. Сущность изобретения Автономная система производства и подачи к очагу возгорания в лесу веществ, предназначенных для создания плотного облака инертного газа в районе пожара с целью предотвращения доступа к горящей древесине кислорода воздуха, функционирует без использования привозных энергоресурсов как в варианте накопления запасов сжиженного диоксида углерода, так и в варианте сжижения атмосферного воздуха с целью выделения из него азота в сжиженном состоянии при энергообеспечении оборудования за счет собственной выработки требующейся массы топлива в виде такого удобного для хранения и использования химического соединения, каким является этиловый спирт. Своевременную подачу к очагу пожара необходимой массы сжиженного азота или диоксида углерода обеспечивают путем автоматизации функционирования всего комплекса оборудования, предназначенного для производства указанных противопожарных веществ и накопления их в термически изолированных резервуарах, соединенных с распылителями криогенопроводами, которые защищены от воздействия огня. Кроме печей для получения древесного угля из древесины, в комплект оборудования включают также реакторы, в которых разлагают кальцит с целью выделения диоксида углерода, а над оставшимся оксидом кальция пропускают водяной газ и получают водород, используемый для синтеза этилена. В процессе гидратации этилен преобразуют в этиловый спирт, который используют не только в качестве очень удобного топлива для силовых установок генераторов, предназначенных для выработки электроэнергии, а также и для извле-1 011050 чения водорода по мере возникновения потребности в нем. Реактор имеет изолированный от окружающей среды объем, внутри которого размещены трубы из жаростойкого материала, например из тантала,предназначенные для пропуска по ним продуктов полного окисления водорода, имеющих температуру около 2500C, что позволяет разлагать кальцит. Таким же способом нагревают до 800C без доступа воздуха помещенные в печь лесоматериалы для графитизации волокон древесины. Масса древесного угля,образующегося в процессе графитизации волокон древесины, составляет около 50 мас.% прокаливаемых лесоматериалов (в пересчете на сухую древесину). Древесный уголь сохраняет структуру древесины и является одной из разновидностей так называемого аморфного углерода. В печь с аморфным углеродом вводят из реактора газообразный диоксид углерода для осуществления реакции восстановления последнего до оксида углерода, который выводят из печи в смесители для приготовления так называемого водяного газа. Полученный водяной газ, в массе которого оксид углерода составляет 60,87%, а на долю водяного пара приходится 39,13% всей массы газа, вводят в реактор, в котором после завершения термического разложения кальцита находится оксид кальция. При температуре около 500C водяной газ взаимодействует с оксидом кальция так, что в реакторе оксид кальция преобразуется в кальцит и выделяется водород, масса которого составляет 1,96 мас.% оксида кальция и водяного газа. Масса оксида кальция составляет 54,9%, а масса водяного газа составляет 45,1% общей массы веществ в реакторе. Масса кальцита в реакторе после вывода водорода составляет 98,04% общей массы оксида кальция и водяного газа. Полученный водород вводят в отдельную печь для синтеза этилена, в которой уже завершен процесс графитизации лесоматериалов. Пропуская водород над нагретым до 1800C аморфным углеродом, масса которого составляет 85,71% общей массы смеси, создают условия для образования этилена в газообразном состоянии. При этом каждая единица массы водорода способствует вовлечению в процесс образования этилена в шесть раз большей массы аморфного углерода. В процессе получения этилового спирта методом гидратации этилена на долю этилена приходится 60,87%, а доля воды составляет 39,13% общей массы реагирующих веществ. Расчетами стехиометрических масс веществ, вступающих в химические реакции, установлено, что для получения каждой тысячи килограммов этилового спирта методом гидратации этилена необходимо обеспечить производство 87 кг водорода, а также 787 кг аморфного углерода. Для получения водорода массой 87 кг расходуют 1225 кг оксида углерода и 785 кг воды. Оксид кальция массой 2450 кг, участвующий в реакции производства водорода, преобразуется в кальцит массой 4370 кг, т.е. восстанавливается исходная масса кальцита, имевшаяся в реакторе до начала процесса его термического разложения. Потребность в диоксиде углерода для производства 1225 кг оксида углерода составляет 960 кг, а при термическом разложении 4370 кг кальцита с целью получения 2450 кг оксида кальция попутно образуется 1920 кг диоксида углерода, т.е. 960 кг диоксида углерода получают сверх потребности в нем для осуществления химических реакций. Избыточно полученный диоксид углерода массой 960 кг сжижают под давлением около 73 бар и хранят, как готовое к применению противопожарное вещество. Для извлечения требующихся масс водорода из этилового спирта по технологии, обеспечивающей восстановление исходной массы спирта, применяют комплект оборудования,указанный в описании изобретения по патенту RU2142066 С 1 6 F 03 В 13/00, С 01 В 3/08 от 25.06.97 г.,которое опубликовано 27.11.99 г. в Бюллетене 33 Российского агентства по патентам и товарным знакам. На первом этапе производят анодное растворение натрия в этиловом спирте для осуществления процесса дегидрирования спирта с целью извлечения водорода и получения этилата натрия во внутреннем объеме электролизера. На втором этапе к этилату натрия добавляют воду для осуществления процесса гидролиза его с целью восстановления исходной массы этилового спирта и получения во внутреннем объеме электролизера гидроксида натрия, предназначенного для приготовления электролита. На завершающем этапе преобразований химических соединений в одном комплекте оборудования осуществляют электролиз водного раствора гидроксида натрия с целью восстановления исходной массы натрия,при этом попутно получают дополнительные массы водорода и кислорода не только из-за разрушения гидроксид-ионов, а также и за счет электролиза воды. В качестве примера расчета масс веществ, которые необходимы на всех трех этапах преобразований указанных химических соединений, установлено, что для получения 1 кг водорода создают условия для анодного растворения 23 кг натрия в 46 кг этилового спирта, а для того, чтобы восстановить 46 кг этилового спирта к образовавшемуся в электролизере этилату натрия массой 68 кг добавляют 18 кг воды. Выпавший в осадок при гидролизе этилата натрия гидроксид натрия массой 40 кг растворяют в 18 кг воды и осуществляют электролиз 58 кг электролита, в ходе которого восстанавливают 23 кг натрия, а также получают 3 кг водорода и 32 кг кислорода. В случае образования больших масс кислорода в качестве попутного продукта при извлечении водорода из водного раствора гидроксида натрия по описанному способу его можно использовать для преобразования в озон, который применяют для осуществления таких антисептических мероприятий, как, например,обеззараживание загрязненной воды, а также в других целях. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения После обследования лесных массивов и выбора районов, в которых невозможно будет потушить очаги возгорания леса с использованием известных технологий и противопожарной техники, устанавливают координаты баз для размещения оборудования, предназначенного для производства диоксида угле-2 011050 рода в сжиженном состоянии попутно с переработкой отходов лесоматериалов, ориентированной на получение этилового спирта (этанола), а также оборудования для выделения азота из атмосферного воздуха. Доставку необходимого оборудования в районы расположения выбранных баз осуществляют всеми известными способами вплоть до переброски готовых модулей вертолетами большой грузоподъемности. Параллельно с установкой оборудования на выбранной базе прорубают противопожарные просеки в лесном массиве, по которым прокладывают криогенопроводы, защищенные от огня при возникновении возгораний в лесу. Лесоматериалы с территорий просек доставляют на базу для последующего получения из них аморфного углерода, который расходуют в процессе получения оксида углерода и при синтезе этилена. Для обеспечения потребностей людей и технологического оборудования в воде создают надежную систему водоснабжения. После завершения монтажа и испытания всего оборудования на базе оставляют вахтовую смену работников, обеспечивающих функционирование приборов, предназначенных для управления автоматизированным процессом производства азота и диоксида углерода в сжиженном состоянии, а также процессом пополнения запасов этанола. Кроме этих специалистов на базе оставляют вахтовую смену работников, в обязанности которых входит систематическая проверка состояния приборов, предназначенных для реагирования на появление очагов возгорания в лесу и приведения в рабочее положение распылителей сжиженного диоксида углерода или азота. В свободное от основной работы время персонал базы пополняет запасы лесоматериалов за счет прорубки дополнительных просек. Автономная система производства и подачи к очагу возгорания в лесу противопожарных веществ будет широко применяться для защиты лесов, в особенности расположенных в тех районах Земли, где невозможно организовать надежную локализацию пожаров традиционными методами по причине труднодоступности их даже в нормальных метеоусловиях. В связи с тем, что производство топлива для выработки электроэнергии, необходимой для функционирования всего оборудования и систем жизнеобеспечения работников базы, а также для питания двигателей мобильной техники будет осуществляться в процессе переработки отходов лесоматериалов, обеспечивается полная автономность работы базы, т.е. отпадает необходимость в завозе топлива или в получении электроэнергии от внешних источников энергоснабжения. В процессе обустройства баз выявляют надежные способы доставки людей при смене вахт, а также необходимых для них продуктов питания и других товаров с учетом местных метеоусловий в различные периоды года. Обустройство сети баз позволит не только обеспечить надежную защиту огромных лесных массивов от уничтожения их при возникновении очагов пожаров в любых метеоусловиях, а также создаст условия для крупномасштабных заготовок спелой древесины с использованием техники, силовые агрегаты которой будут питаться этиловым спиртом, произведенным из отходов лесоматериалов вблизи лесных делянок. Для вывоза древесины могут быть использованы дирижабли, заправляемые собственным водородом. Источники информации 1. Авт. св. SU494164 МКИ А 62d 1/00, А 62 с 1/10 от 04.07.73 г., опубликовано в Бюллетене 45 Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (прототип). 2. Авт. св. SU1347940 А 1 4 А 62 С 1/14, 5/00 от 06.03.86 г., опубликовано в Бюллетене 40 Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий. 3. Патент RU2142066 С 1 6 F 03 В 13/00, С 01 В 3/08 от 25.06.97 г., опубликован 27.11.99 г. в Бюллетене 33 Российского агентства по патентам и товарным знакам. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Автономная система производства и подачи к очагу возгорания в лесу противопожарных веществ,включающая приборы для распыления диоксида углерода в виде устойчивого аэрозоля, образующегося при выходе в атмосферу сжиженного диоксида углерода, имеющего на всм протяжении криогенопровода от изотермического резервуара до распылителя температуру от -30 до -56C, под давлением выше 4,2 бар, отличающаяся тем, что в комплекте оборудования противопожарной базы имеется реактор, предназначенный для осуществления многократно повторяемого технологического процесса термического разложения массы кальцита с целью пополнения запасов диоксида углерода в качестве противопожарного вещества.