Эмульсионная фаза, обладающая повышенной стабильностью
Изобретение относится к способу образования стабильной эмульсионной фазы типа "вода в масле" на основе полимерного эмульгатора. Способ включает образование раствора неорганической соли-окислителя в воде и/или способных смешиваться с водой органических жидкостях. Способ включает образование не смешивающегося с водой органического топлива, которое содержит гомогенизирующую добавку, выбираемую из животных жиров или жирных кислот, в количестве, по меньшей мере, около 3% от массы фазы топлива. Способ включает смешивание не смешивающегося с водой органического топлива и фазы раствора неорганической соли-окислителя в присутствии полимерного эмульгатора с достаточным сдвигом, чтобы образовать эмульсионную фазу. Причем содержание соли-окислителя в эмульсии составляет от 45 до около 95 мас.%, а содержание воды и/или способных смешиваться с водой органических жидкостей составляет от 3 до около 30 мас.%. Затем немедленно или через некоторое время проводят гомогенизацию эмульсионной фазы для увеличения ее вязкости. Технический результат состоит в повышении стабильности эмульсионной фазы после гомогенизации. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 табл.
Данное изобретение относится к способу образования стабильной эмульсионной фазы типа "вода в масле" на основе полимерного эмульгатора, обладающей повышенной стабильностью после гомогенизации.
Предпосылки для создания данного изобретения
Эмульсионные взрывчатые вещества типа "вода в масле", далее в данной заявке обозначаемые термином "эмульсионные взрывчатые вещества", хорошо известны в промышленности. Они состоят из эмульгированной дисперсии дисперсной фазы капель раствора неорганической соли-окислителя в дисперсионной (непрерывной) среде органического топлива. Эта дисперсия или эмульсионная фаза фиксируется с помощью эмульгатора типа "вода в масле" (далее в данной заявке именуемого "эмульгатор"), обеспечивающего, чтобы эмульгированное состояние оставалось стабильным. Капли раствора неорганической соли-окислителя обычно находятся в переохлажденном состоянии и поэтому стремятся к кристаллизации и, следовательно, к дестабилизации эмульгированного состояния. Таким образом, если эмульгированное состояние становится слабее, эмульсия будет дестабилизироваться, а соли в каплях раствора будут кристаллизоваться, вызывая дальнейшую дестабилизацию. Эта кристаллизация десенсибилизирует эмульсионное взрывчатое вещество и может сделать его неспособным к детонации.
Дестабилизация эмульсии является общеизвестной проблемой, когда эмульсионное взрывчатое вещество приводят в рабочее состояние или "обрабатывают", это означает, что эмульсионная фаза подвергается действию сдвига, например, такому, какое имеет место, когда эмульсионную фазу закачивают или другим методом переносят в скважину (или другую емкость) или смешивают с дополнительными ингредиентами, такими как сенсибилизирующие микросферы или гранулы нитрата аммония (AN). При различных видах применения взрывчатых веществ эмульсионную фазу обычно приводят в рабочее состояние именно таким образом, следовательно, эмульсионная фаза должна быть способна сохранять стабильность даже после приведения в рабочее состояние. Составы, раскрываемые в данной заявке, имеют более высокую стабильность, когда соблюдаются эти нормальные условия обработки эмульсий и обращения с ними. Кроме этих обычных операций переноса и смешивания, эмульсионную фазу могут специально подвергать воздействию условий очень сильного сдвига различными средствами для увеличения вязкости эмульсионной фазы. Этот процесс обычно (и в данной заявке) называют гомогенизацией. По мере того, как происходит гомогенизация, размер диспергированных капель раствора соли-окислителя становится меньше и, следовательно, вязкость эмульсионной фазы увеличивается. Это увеличение вязкости часто является желательным, так как позволяет эмульсионному взрывчатому веществу сопротивляться проникновению воды, сохранять свою стабильность и оставаться в скважине, а не вытекать из скважины, расширяющейся вверх, или в трещины либо изломы. Однако наряду с увеличением вязкости и уменьшением размера капель раствора в результате гомогенизации в таких условиях сильного сдвига увеличивается предрасположенность эмульсионной фазы к кристаллизации. Таким образом, для любого данного состава имеется практическое ограничение степени гомогенизации, которая может происходить до того момента, когда кристаллизация становится неприемлемой.
Хотя показано, что полимерные эмульгаторы, такие, например, как эмульгаторы на основе различных аддуктов полиизобутенилянтарного ангидрида ("PIBSA"), образуют стабильные эмульсионные фазы в определенных условиях, эмульсионные фазы, содержащие полимерные эмульгаторы, имеют тенденцию дестабилизироваться при гомогенизации. Попытки ингибировать такую дестабилизацию включают замещение части полимерного эмульгатора неполимерными эмульгаторами, которые менее чувствительны к дестабилизации при гомогенизации, например моноолеатом сорбитана (SMO). Неполимерные эмульгаторы, однако, склонны образовывать эмульсионные фазы, которые менее стабильны с течением времени, чем эмульсионные фазы, образованные в основном (или исключительно) полимерными эмульгаторами, как до гомогенизации, так и после нее. Таким образом, в тех случаях, когда используют смеси полимерных и неполимерных эмульгаторов, приходят в некоторой степени к компромиссу в отношении как стабильности, так и способности к гомогенизации. Данное изобретение делает возможным образование эмульсионной фазы, которая является и стабильной, и способной к гомогенизации.
Один способ для гомогенизации эмульсионных взрывчатых веществ раскрывается в патенте США №4615752, который включает установку клапана на конце нагнетательного рукава с целью увеличить вязкость взрывчатого вещества посредством сдвигающего действия клапана. Кроме того, в промышленности используют устройства для смешивания, работающие в линии, чтобы сообщать сильный сдвиг эмульсии во время течения (закачивания), и они могут быть установлены в любом месте на пути подачи эмульсии. Еще один метод для улучшения гомогенизации излагается в патенте США №5322576, в котором сообщают о замене, по меньшей мере, части фазы органического топлива растительным маслом.
Краткое изложение изобретения
Способ по данному изобретению образования стабильной эмульсионной фазы на основе полимерного эмульгатора после гомогенизации состоит в:
(a) образовании раствора неорганической соли-окислителя,
(b) образовании фазы органического топлива, которая содержит гомогенизирующую добавку, выбираемую из группы, состоящей из животных жиров и жирных кислот, в количестве, по меньшей мере, около 3% от массы фазы топлива,
(c) смешивании фазы органического топлива и фазы раствора неорганической соли-окислителя в присутствии полимерного эмульгатора с достаточным сдвигом, чтобы образовать эмульсионную фазу, и затем
(d) гомогенизации эмульсионной фазы для увеличения ее вязкости перед использованием или упаковкой продукта.
Обнаружено, что применение добавки для гомогенизации, выбираемой из группы, состоящей из животных жиров и жирных кислот, в количестве, по меньшей мере, около 3% от массы фазы топлива, повышает долговременную стабильность гомогенизированной эмульсионной фазы, которая содержит полимерный эмульгатор. В результатах испытаний, представленных в таблицах, приведенных ниже, это повышение стабильности неожиданно оказалось выше, чем повышение стабильности в случае фазы органического топлива, содержащей растительное масло.
Подробное описание изобретения
Способ по данному изобретению включает образование эмульсионной фазы типа "вода в масле", которая состоит из дисперсионной среды жидкого органического топлива, полимерного эмульгатора и дисперсной фазы или раствора неорганической соли-окислителя. Добавляют гомогенизирующую добавку, а также возможно наличие других добавок, как описано ниже.
Органическое жидкое топливо, образующее дисперсионную среду эмульсионной фазы, не смешивается с водой, и его количество составляет от около 3% до около 12%, а предпочтительно от около 4% до около 8% от массы эмульсионной фазы. Реальное используемое количество может изменяться в зависимости от конкретного используемого несмешивающегося топлива (топлив) и от наличия других топлив, если они имеются. Несмешивающиеся органические жидкие вещества могут быть алифатическими, алициклическими и/или ароматическими и могут быть насыщенными и/или ненасыщенными при условии, что они представляют собой жидкие вещества при температуре образования и использования состава. Предпочтительные топлива включают нефть, воски, парафиновые масла, бензол, толуол, ксилолы, смеси жидких углеводородов, обычно именуемые дистиллятами нефти, такие как бензин, керосин и дизельные топлива, и растительные масла, например кукурузное масло, хлопковое масло, арахисовое масло и соевое масло. Особенно предпочтительными жидкими веществами являются нефть, мазут №2, твердые парафины, микрокристаллические парафины и их смеси. Можно также использовать алифатические и ароматические нитросоединения и хлорированные углеводороды. Можно использовать смеси любых из вышеуказанных веществ.
Наряду с несмешивающимся жидким органическим топливом могут необязательно использоваться твердые или жидкие топлива других видов или и те, и другие в выбранных количествах. Примерами твердых топлив, которые можно использовать, являются мелкодисперсные частицы алюминия, мелкодисперсные углеродистые вещества, например, гильсонит или уголь; мелкодисперсные зерна растений, например пшеницы; и сера. Жидкие топлива, смешивающиеся с водой, выступающие также в качестве жидких наполнителей, перечислены ниже. Эти дополнительные твердые и/или жидкие топлива можно прибавлять обычно в количествах до приблизительно 25 мас.%. Если требуется, к составу можно прибавлять нерастворенную неорганическую соль-окислитель наряду с любыми твердыми или жидкими топливами.
Раствор неорганической соли-окислителя, образующего дисперсную фазу эмульсии, обычно включает неорганическую соль-окислитель в количестве от около 45% до около 95% от массы эмульсионной фазы и воду и/или способные смешиваться с водой органические жидкости в количестве от около 3% до около 30%. Предпочтительно солью-окислителем является, прежде всего, нитрат аммония (AN), но можно также использовать другие соли в количествах до приблизительно 50% от общего количества солей. Другие соли-окислители выбирают из группы, состоящей из нитратов, хлоратов и перхлоратов аммония, щелочных и щелочноземельных металлов. Из них предпочтительными являются нитрат натрия (SN) и нитрат кальция (CN). Как часть соли-окислителя в окончательный состав могут быть также прибавлены гранулы AN и ANFO (смесь нитрата аммония и дизельного топлива) в твердом виде.
Воду обычно используют в количестве от 3% до около 30% от массы эмульсионной фазы. В большинстве случаев воду используют в эмульсиях в количестве от около 5% до около 20%, хотя можно составить эмульсии, которые практически не содержат воды.
Смешиваемые с водой органические жидкости могут, по меньшей мере частично, заменять воду в качестве растворителя для солей, и такие жидкости также выполняют функцию топлива в составе. Кроме того, некоторые органические соединения также снижают температуру кристаллизации солей-окислителей в растворе. Растворимые в воде или способные смешиваться с водой твердые и жидкие топлива могут включать спирты, такие как метиловый спирт, гликоли, такие как этиленгликоль, полиолы, такие как сахара, амиды, такие как формамид, амины, нитраты аминов, мочевину и аналогичные азотсодержащие топлива. Как хорошо известно в данной области техники, количество и вид смешиваемых с водой жидкостей и твердых веществ, которые используются, могут варьироваться в соответствии с требуемыми физическими свойствами.
Для образования эмульсии используют полимерный эмульгатор, и обычно количество эмульгатора составляет от около 0,2% до около 5% от массы эмульсионной фазы. Полимерные эмульгаторы для образования эмульсии типа "вода в масле" представляют собой молекулы, которые имеют полимерную гидрофобную часть и полярный остаток, который служит в качестве гидрофильной части. Полимер может быть получен из любого из ряда мономеров, например этилена, пропилена и изобутена. Гидрофильная часть может быть любым таким полярным остатком, который притягивается к воде или ионным растворам воды, как например, карбоксильные группы, сложные эфиры, амиды и имиды. В патенте США №4820361 описан полимерный эмульгатор, полученный как производное тригидроксиметиламинометана и полиизобутенилянтарного ангидрида ("PIBSA"), который особенно эффективен в комбинации с органическими микросферами и является предпочтительным эмульгатором. Описаны и другие производные полипропена и полибутена. Предпочтительно, когда полимерный эмульгатор включает полимерные амины и их соли или аминное, алканоламинное или полиольное производное карбоксилированного или содержащего ангидридные группы олефинового или винильного полимера, полученного ступенчатой полимеризацией. В патенте США №4931110 описан полимерный эмульгатор, включающий производное бис-алканоламина или бис-полиола или бис-карбоксилированный или содержащий ангидридные группы олефиновый или винильный полимер, полученный ступенчатой полимеризацией, в котором цепь олефинового или винильного полимера имеет длину от около 10 до около 32 атомов углерода, исключая боковые цепи и разветвления.
Известно, что полимерные эмульгаторы обеспечивают отличный срок хранения для эмульсионных взрывчатых веществ благодаря повышенной пространственной стабилизации, вызываемой гидрофобной частью молекул, по сравнению с обычными эмульгаторами типа "вода в масле", например моноолеатом сорбитана (SMO). Однако при попытках гомогенизировать полимерные эмульсии, полученные на основе полимерного эмульгатора, обычно происходит значительная кристаллизация. Как было указано ранее, в эмульсию для улучшения ее способности к гомогенизации включают эмульгаторы типа "вода в масле" с более короткой цепью, например моноолеат сорбитана. Эти эмульгаторы, однако, отрицательно влияют на срок хранения или долговременную стабильность эмульсионной фазы как до гомогенизации, так и после нее.
Данное изобретение очень усиливает способность эмульсионных взрывчатых веществ на основе полимерных эмульгаторов подвергаться значительной целенаправленной гомогенизации, так что при этом не происходит кристаллизация переохлажденной внутренней фазы и последующая потеря детонационных свойств. Это осуществляется путем добавления добавки для гомогенизации к дисперсионной среде эмульсионной фазы, чтобы предотвратить или свести к минимуму кристаллизацию во время гомогенизации. Добавку выбирают из группы, состоящей из животных жиров и жирных кислот. Животные жиры вытапливают из жира животных и выбирают предпочтительно из группы, состоящей из лярдового масла (т.е. топленого свиного жира), таллового жира (т.е. твердого животного, обычно говяжьего жира) и жира домашней птицы. Жирные кислоты могут быть получены из ряда источников, в том числе гидролизом сложных эфиров глицерина, например, обнаруженных в животных жирах или растительных маслах или маслах из других растений или экстрактах из них, например в талловых маслах. Жирные кислоты могут состоять из 8-22 атомов углерода, обычно из точно подсчитанного числа, предпочтительно из 14-20 атомов углерода, и могут быть насыщенными либо ненасыщенными (олефиновыми) и твердыми, полутвердыми или жидкими веществами. Примерами насыщенных кислот являются пальмитиновая и стеариновая кислоты. Примерами ненасыщенных кислот являются олеиновая или линолевая кислоты. Добавки присутствуют в количестве от около 3% до около 40% от массы фазы органического жидкого вещества и более предпочтительно в количестве от около 5% до около 15% от массы фазы органического жидкого вещества.
Одна из теорий относительно того, почему добавки для гомогенизации являются эффективными, состоит в том, что они являются более подвижными (они легче диффундируют или мигрируют), чем более объемистые полимерные эмульгаторы. Таким образом, когда создаются новые границы раздела между внутренней (фаза раствора соли-окислителя) и внешней (фаза органического жидкого вещества) фазами под действием сильного сдвига при гомогенизации, более подвижные животные жиры или жирные кислоты мигрируют к поверхности раздела и стабилизируют ее, тем самым ускоряя образование капель меньшего размера, а также предотвращая кристаллизацию внутренней фазы. Далее в теории предполагается, что добавки постепенно замещаются более прочно связанными (термодинамически благоприятными) полимерными эмульгаторами, которые придают большую стабильность полученному продукту. Таким образом, добавки не уменьшают существенно стабильность эмульсионной фазы ни до гомогенизации, ни после нее, как уменьшает, например, моноолеат сорбитана, который конкурирует в качестве эмульгатора на поверхности раздела капли с молекулами полимерного эмульгатора, тем самым давая менее стабильную эмульсию.
Гомогенизация, которой специально подвергается эмульсионное взрывчатое вещество, обычно по меньшей мере в 2 раза увеличивает его вязкость, а чаще увеличивает его вязкость в 3-10 раз и более. Гомогенизация эмульсионного взрывчатого вещества (при отсутствии какой-либо значительной кристаллизации) также увеличивает чувствительность, скорость детонации, целостность столба жидкости в наполненных скважинах, способность оставаться в загруженных сверху скважинах, жесткость реологических характеристик в упакованных эмульсиях и т.п. Такие свойства увеличивают возможности применения и функции эмульсионных взрывчатых веществ для многих направлений их использования.
Эмульсионная фаза по данному изобретению может быть составлена обычным образом, известным в данной области техники. Обычно неорганическую(ие) соль(и)-окислитель(и) сначала растворяют в воде (или в водном растворе способного смешиваться с водой жидкого топлива) при повышенной температуре от около 25°С до около 90°С или выше в зависимости от температуры кристаллизации раствора соли. Водный раствор соли-окислителя затем прибавляют к раствору полимерного эмульгатора, гомогенизирующей добавки и не смешивающегося с водой жидкого органического топлива, причем эти растворы предпочтительно имеют ту же повышенную температуру, и полученную смесь перемешивают достаточно энергично, чтобы получить эмульсию водного раствора в дисперсионной среде жидкого углеводородного топлива. Обычно эта операция завершается по существу мгновенно путем быстрого перемешивания. (Составы также могут быть получены путем прибавления жидкого органического топлива к водному раствору неорганической соли-окислителя.) Перемешивание следует продолжать до получения однородного состава. Процесс получения состава также можно выполнять непрерывным методом, известным в данной области техники.
Полезно предварительно растворить полимерный эмульгатор в жидком органическом перед объединением органического топлива с водным раствором для образования эмульсии. Этот способ позволяет получать эмульсию быстро и с минимальным перемешиванием. Однако, если требуется, полимерный эмульгатор может быть добавлен отдельно в качестве третьего компонента.
Хотя это и необязательно, к эмульсионной фазе могут быть добавлены микросферы (микроскопические газоконтейнеры), чтобы сенсибилизировать ее к инициированию. Микросферы предпочтительно являются пластиковыми микросферами, имеющими неполярную поверхность и состоящими из гомо-, со- или терполимеров виниловых мономеров. Предпочтительной композицией пластиковых микросфер является термопластичный сополимер акрилонитрила и винилиденхлорида. Кроме того, микросферы могут быть изготовлены из кремнийсодержащего (силикатного) или керамического (алюмосиликатного) стекла, например натриево-кальциевого боросиликатного стекла, полистирола, перлита или минерального перлита. Поверхность любой из этих микросфер может быть дополнительно модифицирована органическими мономерами или гомо-, со- или терполимерами виниловых или других мономеров или полимерами неорганических мономеров. В эмульсионной фазе микросферы используют предпочтительно в количестве от около 0,1% до около 1 мас.% для пластиковых микросфер или от 1 до 6 мас.% для стеклянных микросфер. Химические газообразующие агенты также могут быть использованы в эмульсии, как известно в данной области техники.
Предпочтительно, если рН эмульсионной фазы составляет от около 2 до около 7, и более предпочтительно от около 3,5 до 5,0. Эти интервалы рН способствуют химическому газообразованию, а также ограничивают растворимость жирной кислоты (в ее основной форме) в водном растворе, таким образом сохраняя жирную кислоту в ее кислотной форме, которая эффективна для целей данного изобретения.
Изобретение может дополнительно иллюстрироваться ссылкой на нижеследующие примеры и таблицы. В таблицах применяются следующие обозначения: "MB" обозначает минимальный бустер (усилитель) в цилиндрическом диаметре и с указанной силой детонатора. "D" обозначает скорость детонации в указанных размерах при инициировании детонатором или бустером указанной силы или размера (3С = 454 грамма пентолита). Все скорости детонации являются "свободными" скоростями детонации, и, следовательно, они ниже, особенно при меньших диаметрах заряда, чем были бы вычисленные теоретические скорости детонации.
В большинстве примеров эмульсии получают, как описано ниже, и затем их оставляют для охлаждения до температуры окружающей среды в течение одного или нескольких дней. Эмульсионные фазы затем подвергают гомогенизации и в некоторых случаях одновременному химическому газированию и/или смешиванию с другими ингредиентами. В некоторых примерах получают горячую эмульсию и затем немедленно ее гомогенизируют и смешивают с другими компонентами. В некоторых случаях определяют детонационные свойства полученных смесей. Вязкости фаз измеряют до и после гомогенизации с помощью цифрового вискозиметра Брукфилда (на модель) со шпинделем #7 при 20 об/мин. Во всех случаях эмульсионные фазы или конечные смеси измеряют на устойчивость к кристаллизации, используя шкалу для качественной классификации, показанную в таблице 1.
Пример 1
Ряд эмульсий получают путем добавления раствора соли-окислителя при повышенной температуре к смеси органического жидкого топлива и гомогенизирующей добавки при перемешивании мешалкой Jiffy со скоростью 1500 об/мин в течение двух минут. Эмульсии оставляют на ночь при температуре окружающей среды и затем подвергают сильному сдвигу путем пропускания через встроенный регулируемый клапан сдвига (клапан mini-kunkle) при противодавлении 160 psi. Температуру эмульсии и ее вязкость измеряют перед гомогенизацией и после нее. Образцы эмульсии перед гомогенизацией, а также после гомогенизации хранят при температуре окружающей среды и контролируют ее стабильность в течение 18 недель (т.е. определяют степень кристаллизации). В таблице 2 показаны эти результаты наряду с составом каждой эмульсии.
Состав 1 получают с полимерным эмульгатором на основе PIBSA, но без соэмульгатора (SMO) или гомогенизирующей добавки. Хотя эта эмульсия очень устойчива до гомогенизации, гомогенизация с сильным сдвигом приводит в результате к интенсивному образованию кристаллов и сопровождается сильным повышением температуры. Вязкость эмульсии увеличивается более чем в три раза из-за обильного образования кристаллов. Составы 2-6 содержат те же ингредиенты, за исключением того, что 5% фазы топлива состоит или из соэмульгатора, или из добавки для гомогенизации.
Состав 2 иллюстрирует действие SMO, прибавленного к эмульсии. Добавление SMO делает возможным проведение гомогенизации первоначально без значительной кристаллизации, но эмульсия как перед гомогенизацией, так и после гомогенизации со временем разрушается. Наблюдают небольшой подъем температуры, но кристаллы не выпадают, в то время как вязкость увеличивается приблизительно в 3,4 раза. Составы 3 и 4 дают аналогичные результаты с добавленным кукурузным маслом и талловым маслом (с приблизительным содержанием жирных кислот только 56%) соответственно.
Составы 5 и 6 показывают явное повышение стабильности эмульсий как до гомогенизации, так и после гомогенизации, когда два различных животных жира прибавляют к эмульсии в количестве 5% от фазы топлива.
Пример 2
В таблице 3 дополнительно иллюстрируется данное изобретение в эмульсиях, полученных с полимерными эмульгаторами на основе PIBSA. Состав 1 не содержит добавок для гомогенизации, но составы 2 и 3 содержат указанные животные масла. Эмульсии получают, как описано в примере 1, и затем, после охлаждения до температуры окружающей среды в течение ночи, их подвергают нескольким тестам, предназначенным для того, чтобы показать устойчивость к кристаллизации при гомогенизации: внешнее газирование и смешивание с ANFO, внешнее газирование и смешивание с микросферами, внешнее напряжение при смешивании одновременно с измерением вязкости и тест на стабильность AN, который состоит в смешивании эмульсии с гранулами 50% КТ AN, и контроль за кристаллизацией. Негазированную матрицу эмульсии также хранят при температуре окружающей среды. Из таблицы 3 видно, что в каждом примере повышение стабильности наблюдается, когда присутствует гомогенизирующая добавка животного жира.
Пример 3
В таблице 4 приведены примеры эмульсий, полученных в непрерывном процессе. Горячий раствор соли-окислителя смешивают с горячим органическим жидким горючим в смесителе, содержащем роторы и статоры, и полученную эмульсию охлаждают до температуры окружающей среды, дважды перекачивают и затем подвергают гомогенизации посредством клапана сильного сдвига при 300 psi противодавления при перемешивании с микросферами. Состав 1 содержит 10% SMO в топливной фазе, тогда как состав 2 содержит 10% таллового масла с приблизительным содержанием жирных кислот 95%. Пробы каждого состава отбирали до и после гомогенизации и до смешивания с микросферами. Наблюдали увеличение вязкости в 9,6 и 12,5 раза для составов 1 и 2 соответственно при небольшой кристаллизации. Эти пробы контролировали во времени и обнаруживали, что их стабильности при хранении близки, хотя состав 2 обладает более высокой стабильностью при хранении после гомогенизации. Эти составы также детонируют, и найдено, что их детонационные свойства подобны таковым, показанным в таблице 4.
Пример 4
Дополнительные примеры эмульсий, полученных в непрерывном процессе, представлены в таблице 5. В этих примерах 10% органического жидкого топлива заменяют либо SMO, либо животным жиром. Эмульсии получают аналогично эмульсиям в примере 3 и затем немедленно газируют, гомогенизируют и перемешивают с ANFO. Наблюдают увеличение вязкости в 4,4 и 5,6 раза для составов, гомогенизированных с добавками SMO и животного жира соответственно. В таблице 5 представлены похожие результаты по детонации для двух составов, но значительное повышение стабильности при хранении проявляется у гомогенизированной эмульсии, содержащей животный жир.
Хотя данное изобретение изложено со ссылкой на некоторые наглядные примеры и предпочтительные варианты осуществления, различные модификации будут очевидны для специалистов в данной области и подразумевается, что любые такие модификации охватываются объемом данного изобретения, как излагается в прилагаемой формуле.
| Таблица 1 | |
| Шкала качественной классификации по стабильности | |
| Класс оценки | Степень кристаллизации |
| N | Кристаллизация отсутствует |
| VS | Очень слабая |
| S | Слабая |
| SM | От слабой до умеренной |
| М | Умеренная |
| МН | От умеренной до сильной |
| Н | Сильная |
| VH | Очень сильная |
| Таблица 2 | ||||||
| Сравнение SMO, растительного масла, таллового масла (с содержанием жирных кислот 56%) и животного жира | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Нитрат аммония (AN), мас.% | 77,60 | 77,60 | 77,60 | 77,60 | 77,60 | 77,60 |
| Н2О, мас.% | 15,90 | 15,90 | 15,90 | 15,90 | 15,90 | 15,90 |
| Нефть, мас.% | 5,66 | 5,33 | 5,33 | 5,33 | 5,33 | 5,33 |
| Полимерный эмульгатор, мас.% | 0,84 | 0,84 | 0,84 | 0,84 | 0,84 | 0,84 |
| SMO (сорбитана моноолеат), мас.% | - | 0,33 | - | - | - | - |
| Кукурузное масло, мас.% | - | - | 0,33 | - | - | - |
| Талловое масло1, мас.% | - | - | - | 0,33 | - | - |
| Талловый жир2, мас.% | - | - | - | - | 0,33 | - |
| Лярдовое масло3, мас.% | - | - | - | - | - | 0,33 |
| Результаты гомогенизации | ||||||
| Подъем температуры (°С) | +17,1 | +3,1 | +3,8 | +2,4 | +3,0 | +0,9 |
| Кристаллизация | сильная | отсутствует | очень слабая | отсутствует | отсутствует | отсутствует |
| Вязкость (сП×1000)4 | ||||||
| Перед гомогенизацией | 32,2 | 35,6 | 28,8 | 30,4 | 28,4 | 30,4 |
| После гомогенизации | 110,2 | 122,0 | 118,8 | 130,0 | 122,4 | 112,8 |
| Результаты по стабильности5 | ||||||
| Негомогенизированная | ||||||
| Время хранения (недели) | ||||||
| 0 | N | N | N | N | N | N |
| 6 | N | N | N | N | N | N |
| 12 | N | VS | VS | S | N | N |
| 18 | N | SM | МН | VH | N | N |
| Гомогенизированная | ||||||
| Время хранения (недели) | ||||||
| 0 | МН | N | VS | N | N | N |
| 6 | МН | SM | S | VS | N | N |
| 12 | H | H | M | SM | N | N |
| 18 | VH | VH | VH | VH | N | N |
| 1 Sylvatal D40T (с содержанием жирных кислот приблизительно 56%), выпускаемый Arizona Chemical. 2 Low Pour Acidless Tallow Oil, выпускаемый Geo. Pfau's Sons Company, Inc. 3 Особый Prime Burning Lard Oil от Geo. Pfau's Sons Company, Inc. 4 Вязкость измерена на цифровом вискозиметре Брукфилда (НА модель) с валом #7 при 20 об/мин. 5 Схема качественной классификации (см. таблицу 1). |
| Таблица 3 | |||
| Стабильность предварительно гомогенизированной эмульсии с животным жиром | |||
| 1 | 2 | 3 | |
| Нитрат аммония (AN), мас.% | 76,14 | 76,14 | 76,14 |
| H2O, мас.% | 17,49 | 17,49 | 17,49 |
| Нефть, мас.% | 1,80 | 1,80 | 1,80 |
| Мазут, мас.% | 3,66 | 3,42 | 3,42 |
| Полимерный эмульгатор, мас.% | 0,54 | 0,48 | 0,48 |
| Лярдовое масло1, мас.% | - | 0,30 | - |
| Талловый жир2, мас.% | - | - | 0,30 |
| Газообразующие агенты, мас.% | 0,37 | 0,37 | 0,37 |
| Результаты по стабильности3 | |||
| Хранение в условиях окружающей среды (негазированная эмульсия) | |||
| 1 день | VS | VS | N |
| 3 недели | S | VS | VS |
| 6 недель | SM | VS | S |
| Внешнее газирование +35% ANFO | |||
| 1 день | МН | SM | SM |
| 3 недели | Н | Н | Н |
| 6 недель | VH | Н | Н |
| Внешнее газирование +3% микросфер из стекла | |||
| 1 день | N | N | N |
| 3 недели | S | SM | SM |
| 6 недель | Н | М | М |
| Внешнее напряжение4 |
| (вязкость в сП×1000)5 | |||
| 1 день | VS (17,8) | VS (16,6) | N (17,2) |
| 3 недели | МН (21,1) | VS (21,7) | S (22,6) |
| 6 недель | МН (-)6 | SM (30,3) | S (29,4) |
| AN тест на стабильность7 | |||
| 1 день | МН (+2,6) | VS (+0,3) | VS (+0,2) |
| 3-недельный класс | Н | M | M |
| 6-недельный класс | Н | МН | МН |
| 1 Топленый свиной жир (№1), производимый Geo. Pfau's Sons Company, Inc. 2 Acidless Tallow Oil, выпускаемый Geo. Pfau's Sons Company, Inc. 3 Схема качественной классификации (см. таблицу 1). 4 Эмульсия под напряжением еженедельно при 500 об/мин в течение 2 мин. 5 Вязкость измеряют первоначально (в 1-й день) и затем еженедельно перед перемешиванием при напряжении на цифровом вискозиметре Брукфилда (НА модель) с валом #7 при 20 об/мин. 6 Еженедельную нагрузку (напряжение) прекращают из-за высокой степени кристаллизации. 7 Эмульсию смешивают с 50% КТ гранулами и затем контролируют кристаллизацию. |
| Таблица 4 | ||
| Сравнение SMO и таллового масла (с 95% содержанием жирных кислот) | ||
| 1 | 2 | |
| Нитрат аммония (AN), мас.% | 64,98 | 64,98 |
| Нитрат натрия (SN), мас.% | 12,16 | 12,16 |
| Н20, мас.% | 16,36 | 16,36 |
| Нефть, мас.% | 2,25 | 2,25 |
| Мазут, мас.% | 2,25 | 2,25 |
| Полимерный эмульгатор, мас.% | 0,90 | 0,90 |
| SMO, мас.% | 0,60 | - |
| Талловое масло1, мас.% | - | 0,60 |
| Микросферы, мас.% | 0,50 | 0,50 |
| Результаты | ||
| Вязкость (сП×1000)2 | ||
| До гомогенизации | 23,0 | 20,0 |
| После гомогенизации | 220,0 | 250,0 |
| Плотность г/см3 | 1,18 | 1,18 |
| MB, 100 мм, детонация/отказ | 2 г/- | 2 г/- |
| D (км/с) | ||
| 75 мм | 5,5 | 5,7 |
| 32 мм | 5,3 | 5,2 |
| 25 мм | 5,1 | 5,0 |
| Стабильность3 (Срок хранения, недели) | ||
| До гомогенизации | ||
| 0 | N | N |
| 4 | VS | VS |
| 8 | VS | VS |
| 12 | S | VS |
| 16 | M | SM |
| После гомогенизации | ||
| 0 | N | N |
| 4 | S | S |
| 8 | S | M |
| 12 | H | H |
| 1 Sylfat FA2 (с содержанием жирных кислот приблизительно 95%), выпускаемый Arizona Chemical. 2 Вязкость измерена цифровым вискозиметром Брукфилда (модель НА) с валом #7 при 20 об/мин. 3 Схема качественной классификации (см. таблицу 1). |
| Таблица 5 | ||
| Сравнение SMO и животного жира | ||
| 1 | 2 | |
| Нитрат аммония (AN), мас.% | 38,80 | 38,80 |
| H2O, мас.% | 7,90 | 7,90 |
| Нефть, мас.% | 1,22 | 2,51 |
| Мазут, мас.% | 1,22 | - |
| Полимерный эмульгатор, мас.% | 0,49 | 0,42 |
| SMO, мас.% | 0,32 | - |
| Лярдовое масло1, мас.% | - | 0,32 |
| Газообразующие агенты, мас.% | 0,85 | 0,85 |
| ANFO, мас.% | 49,20 | 49,20 |
| Результаты | ||
| Вязкость (сП×1000)2 | ||
| До гомогенизации | 23,2 | 27,2 |
| После гомогенизации | 102,8 | 151,4 |
| Плотность, г/см3 | 1,13 | 1,10 |
| MB, 150 мм, детонация/отказ | 2 г/#12 | 12 г/6 г |
| D, 3С (км/с) | ||
| 150 мм | 4,0 | 4,3 |
| 125 мм | 4,0 | 4,0 |
| 100 мм | 3,9 | 3,6 |
| 75 мм | 3,5 | 3,5 |
| Стабильность после гомогенизации 3 | ||
| 0 | N | N |
| 5 | SM | VS |
| 11 | VH | S |
| 14 | VH | SM |
| 1 Special Prime Burning Lard oil (Топленый свиной жир), производимый Geo. Pfau's Sons Company, Inc. 2 Вязкость измерена цифровым вискозиметром Брукфилда (модель НА) с валом #7 при 20 об/мин. 3 Схема качественной классификации (см. таблицу 1). |
1. Усовершенствованный способ получения стабильной эмульсионной фазы на основе полимерного эмульгатора, включающий
(a) образование раствора неорганической соли-окислителя в воде и/или способных смешиваться с водой органических жидкостях,
(b) образование фазы несмешивающегося с водой органического топлива, которая содержит гомогенизирующую добавку, выбираемую из животных жиров и жирных кислот, в количестве, по меньшей мере, около 3% от массы фазы топлива,
(c) смешивание фазы несмешивающегося с водой органического топлива и фазы раствора неорганической соли-окислителя в присутствии полимерного эмульгатора с достаточным сдвигом, чтобы образовать эмульсионную фазу, причем содержание неорганической соли-окислителя из упомянутого раствора соли-окислителя составляет в полученной эмульсии от 45 до около 95 мас.%, а содержание воды и/или способных смешиваться с водой органических жидкостей из упомянутого раствора соли-окислителя составляет в полученной эмульсии от 3 до около 30 мас.%, и затем, немедленно или, если требуется, через некоторое время
(d) гомогенизацию эмульсионной фазы для увеличения ее вязкости.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество фазы несмешивающегося с водой органического топлива составляет от около 3 до около 12% от массы эмульсионной фазы.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что количество гомогенизирующей добавки составляет от около 3 до около 40% от массы фазы несмешивающегося с водой органического топлива.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что жирные кислоты получают гидролизом сложных эфиров глицерина.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что животные жиры вытапливают из жира животных.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что животные жиры выбирают из группы, состоящей из лярдового масла и таллового жира.
7. Способ улучшения способности к гомогенизации эмульсионного взрывчатого вещества, включающий
(a) образование раствора неорганической соли-окислителя в воде и/или способных смешиваться с водой органических жидкостях,
(b) образование фазы несмешивающегося с водой органического топлива, которая включает гомогенизирующую добавку, выбираемую из животных жиров или жирных кислот, в количестве, по меньшей мере, около 3% от массы фазы топлива, и
(c) смешивание фазы несмешивающегося с водой органического топлива и фазы раствора неорганической соли-окислителя в присутствии полимерного эмульгатора с достаточным сдвигом, чтобы образовать эмульсионную фазу, причем содержание неорганической соли-окислителя из упомянутого раствора соли-окислителя составляет в полученной эмульсии от 45 до около 95 мас.%, а содержание воды и/или способных смешиваться с водой органических жидкостей из упомянутого раствора соли-окислителя составляет в полученной эмульсии от 3 до около 30 мас.%.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что количество фазы несмешивающегося с водой органического топлива составляет от около 3 до около 12% от массы эмульсионной фазы.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что количество гомогенизирующей добавки составляет от около 3 до около 40% от массы фазы несмешивающегося с водой органического топлива.
10. Способ по п.7, отличающийся тем, что жирные кислоты получают гидролизом сложных эфиров глицерина.
11. Способ по п.7, отличающийся те животные жиры вытапливают из жира животных.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что животные жиры выбирают из группы, состоящей из лярдового масла и таллового жира.
