Эмульгирующий состав для производства эмульсионных взрывчатых веществ (варианты)
Владельцы патента RU 2540671:
Федеральное казенное предприятие "Бийский олеумный завод" (RU)
Изобретение относится к области эмульгирующих составов, применяемых в производстве эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ) для горных и других видов взрывных работ промышленного характера. Эмульгирующий состав по варианту 1 содержит жидкий нефтепродукт, полиизобутилен, технический эфир алкенил-(полиизобутилен)-янтарного ангидрида с триэтаноламином и/или алкенил-(полиизобутилен)-сукцинимид мочевины и малеиновый ангидрид, при этом состав имеет кислотное число не более 33 мг КОН/г, содержит малеиновый ангидрид с кислотным числом не более 1140 мг КОН/г. Эмульгирующий состав по варианту 2 содержит жидкий нефтепродукт, полиизобутилен, технический нитроэфир алкенил-(полиизобутилен)-янтарного ангидрида. В качестве жидкого нефтепродукта составы содержат дизельное топливо, или керосин, или индустриальное масло, или нефтяной экстракт, или их смеси. Эмульгирующие составы для производства ЭВВ обеспечивают полноту их детонации при увеличении срока хранения и расширяют арсенал эмульгирующих составов для ЭВВ. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к области эмульгирующих составов, применяемых в производстве эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ) для горных и других видов взрывных работ промышленного характера.
Исследованиями установлено, что наиболее устойчивые эмульсии водных растворов солей-окислителей в среде углеводородного горючего получаются, если они содержат эмульгатор на основе продуктов конденсации алкенил-(полиизобутилен)-янтарных ангидридов с аминопроизводными из числа алканоламинов или полиаминов, либо смеси алкенил-(полиизобутилен)-янтарных ангидридов и их аминопроизводных, либо смеси указанных продуктов с эфирами жирных кислот и полиатомных спиртов (см., например, патенты РФ №№2048881, 2155094, 2224587 и материалы заявки №20004109998/02 (010677), пат. Австралии АЦ-В-40006/85, США №4840687).
Указанные эмульгирующие составы обеспечивают выполнение большинства практических задач по условиям применения ЭВВ. Однако к некоторым из них предъявляются особенно высокие эксплуатационные требования. В частности, это относится к длительно хранящимся ЭВВ (патронам), применяемым в различных климатических условиях, особенно в зимний период при температурах до минус 50°C. Поэтому в углеводородную горючую фазу (среду) на стадии приготовления эмульсии дополнительно вводят стабилизаторы. Из литературных и патентных источников известно, что в качестве стабилизаторов чаще всего применяют плавкие углеводороды с температурой каплепадения выше 60°C. Перед получением эмульсии они нагреваются выше температуры каплепадения и вводятся в раствор эмульгатора в масле. При эмульгировании они не препятствуют процессу, а при остывании, обладая растяжимостью, образуют эластичные поверхностные пленки, которые стабилизируют микрокапли раствора окислителей и газовые сенсибилизирующие включения (пузырьки). Примером ЭВВ, содержащих стабилизатор из петролатума или битума, является состав по пат. РФ №1819253, который при сенсибилизации газовыми пузырьками удовлетворительно детонировал через три месяца хранения. Кроме стабилизации газовых пузырьков, плавкие стабилизаторы одновременно существенно замедляют процесс кристаллизации компонентов водного раствора солей-окислителей. Так, в патенте РФ №2123488 описаны составы, стабилизированные петролатумом, парафином или битумом в количестве от 0,5 до 4%, которые способны детонировать через шесть месяцев хранения при оптимальном уровне сенсибилизации. Углеводородная фаза этого состава включает раствор в индустриальном масле (2-7%) эмульгатора - продукта конденсации полиолефина с малеиновым ангидридом (алкенил-янтарный ангидрид) и алканоламином, предпочтительно триэтаноламином или полиолом-глицерином, или полиглицерином, или пентаэритритом, или смесью этих продуктов с эфирами жирных кислот фракции C17-C25, или эфирами жирных кислот таллового масла с глицерином или полиглицерином, или пентаэритритом; петролатума 0,5-4,0%, или 1-2% парафина, или 0,5-2,5% битума.
Промышленная апробация ЭВВ на заводах выявила ряд технологических недостатков углеводородной фазы, содержащей плавкие стабилизаторы.
Во-первых, введение плавких стабилизаторов в углеводородную фазу ЭВВ связано с необходимостью их нагревания и плавления перед смешиванием с маслом и эмульгатором.
Во-вторых, получившаяся после смешивания углеводородная фаза при охлаждении способна застывать при температуре около 40°C, а потому на всех технологических стадиях требуется поддерживать температуру в пределах 60-85°C и, следовательно, постоянно обогревать все трубопроводы, дозаторы, аппараты. Это увеличивает энергозатраты процесса и в то же время полностью не исключает возможность застывания углеводородной фазы в технологических коммуникациях и аппаратах при сбоях в системе обогрева.
В качестве ближайшего аналога принят патент РФ 2317281. Эмульгирующий состав для эмульсионных взрывчатых веществ, содержащий масло индустриальное и эмульгатор, в качестве которого использованы продукты конденсации алкенил-(полиизобутилен)-янтарного ангидрида с аминопроизводными, либо смесь аминированного и исходного алкенил-(полиизобутилен)-янтарного ангидрида, либо продукты конденсации алкенил-(полиизобутилен)-янтарного ангидрида с аминопроизводными и эфиры жирных кислот таллового масла или жирных кислот фракции C12-C16 с полиатомным спиртом, либо смесь аминированного и исходного алкенил-(полиизобутилен)-янтарного ангидрида и эфиры жирных кислот таллового масла или жирных кислот фракции С12-С16 с полиатомным спиртом, взятые в количестве, обеспечивающем проявление синергетического эффекта, возникающего при смешивании поверхностно-активных веществ, причем полиатомный спирт выбран из группы пентаэритрит, глицерин, полиглицерин, сорбит, отличающийся тем, что он дополнительно содержит полиизобутилен молекулярной массой 500-2000 в качестве стабилизатора эмульсии при следующем соотношении компонентов, мас.%: эмульгатор 20-70; стабилизатор эмульсии 2-30; индустриальное масло - остальное. Эмульгирующий состав может содержать эфиры жирных кислот таллового масла или жирных кислот фракции С12-С16 с полиатомным спиртом в количестве 5-34 мас.% и дополнительно - сорбитанмоноолеат в количестве 5-50 мас.%.
Однако прототип, содержащий стабилизатор для эмульсионных взрывчатых веществ, применяемый для изготовления ЭВВ, обеспечивает детонирование только при хранении до шести месяцев.
Задачей предлагаемого технического решения является совершенствование эмульгирующих составов для производства эмульсионных взрывчатых веществ, обеспечивающее детонацию ЭВВ при большем сроке их хранения, расширение арсенала эмульгирующих составов для ЭВВ.
Технический результат достигается тем, что эмульгирующий состав для производства эмульсионных взрывчатых веществ (вариант 1), содержащий жидкий нефтепродукт и полиизобутилен, дополнительно содержит технический эфир алкенил-(полиизобутилен)-янтарного ангидрида с триэтаноламином и/или алкенил-(полиизобутилен)-сукцинимид мочевины, малеиновый ангидрид при следующем соотношении компонентов, мас.%: технический эфир алкенил-(полиизобутилен)-янтарного ангидрида с триэтаноламином и/или алкенил-(полиизобутилен)-сукцинимид мочевины 19,0-66,0; полиизобутилен 1,0-33,0; малеиновый ангидрид 0,01-1,0; жидкий нефтепродукт - остальное, при этом эмульгирующий состав имеет кислотное число не более 33 мг КОН/г, содержит малеиновый ангидрид с кислотным числом не более 1140 мг КОН/г и в качестве жидкого нефтепродукта содержит дизельное топливо, или керосин, или индустриальное масло, или нефтяной экстракт, или их смеси.
Эмульгирующий состав для производства эмульсионных взрывчатых веществ (вариант 2), содержащий жидкий нефтепродукт и полиизобутилен, дополнительно содержит технический нитроэфир алкенил-(полиизобутилен)-янтарного ангидрида при следующем соотношении компонентов, мас.%: технический нитроэфир алкенил-(полиизобутилен)-янтарного ангидрида 19,0-67,0; полиизобутилен 1,0-33,0; жидкий нефтепродукт - остальное, при этом он в качестве жидкого нефтепродукта содержит дизельное топливо, или керосин, или индустриальное масло, или нефтяной экстракт, или их смеси.
Предлагаемые эмульгирующие составы обеспечивают полноту детонации ЭВВ при увеличении срока их хранения по сравнению с эмульгирующим составом прототипа.
Вариант 1. Оптимальное содержание технического эфира алкенил-(полиизобутилен)-янтарного ангидрида и/или алкенил-(полиизобутилен)-сукцинимида от 19,0 до 66,0 мас.%. Если менее 19,0 мас.%, то обладает недостаточной эмульгирующей способностью, если более 66,0 мас.%, не технологичен (повышенная вязкость).
Если содержание полиизобутилена меньше 1,0 мас.%, то оно не влияет на стабильность эмульсии, если больше 33,0 мас.%, то снижает эффективность эмульгирующей способности состава.
При содержании малеинового ангидрида менее 0,01 мас.% существенного влияния на газонасыщение (сенсибилизацию) не оказывается, а при более 1,0 мас.% наблюдается неравномерное газонасыщение.
Если кислотное число более 33 мг КОН/г, то получается ЭВВ с пониженным сроком хранения.
При кислотном числе малеинового ангидрида не более 1140 мг КОН/г получается экономически обоснованный эмульгирующий состав с кислотным числом не более 33 мг КОН/г.
Жидкий нефтепродукт является компонентом, снижающим вязкость предлагаемого состава. В качестве жидкого нефтепродукта эмульгирующий состав содержит дизельное топливо, или керосин, или индустриальное масло, или нефтяной экстракт, или их смеси.
Вариант 2. Оптимальное содержание технического нитроэфира алкенил-(полиизобутилен)-янтарного ангидрида от 19,0 до 67,0 мас.%. Если менее 19,0 мас.%, то обладает недостаточной эмульгирующей способностью, если более 67,0 мас.%, не технологичен (повышенная вязкость).
Если содержание полиизобутилена меньше 1,0 мас.%, то оно не влияет на стабильность эмульсии, если больше 33,0 мас.%, то снижает эффективность эмульгирующей способности состава.
Жидкий нефтепродукт является компонентом, снижающим вязкость предлагаемого состава. В качестве жидкого нефтепродукта эмульгирующий состав содержит дизельное топливо, или керосин, или индустриальное масло, или нефтяной экстракт, или их смеси.
Сравнение применения эффективности эмульгирующего состава прототипа и предлагаемых эмульгирующих составов проводили по определению полноты детонации образцов ЭВВ в зависимости от срока их хранения.
Полнота детонации образцов (патронов) в полимерной оболочке диаметром 90 мм массой 4 кг ЭВВ с прототипом эмульгирующего состава и предлагаемыми эмульгирующими составами определялась по ГОСТ 14839.19-69.
Сравнительные экспериментальные данные по определению полноты детонации образцов ЭВВ приведены в следующей таблице.
| Сравнительные экспериментальные данные по определению полноты детонации образцов | |||||||||
| п/п | Наименование показателей | ЭВВ | |||||||
| с прототипом эмульгирующего состава | с предлагаемыми эмульгирующими составами | ||||||||
| Вариант 1 | Вариант 2 | ||||||||
| 1 | Компоненты, мас.% | ||||||||
| 1.1 | Частицы аммиачной селитры | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | ||
| 1.2 | Газифицированная обратная эмульсия | 75 | 75 | 75 | 75 | 75 | 75 | ||
| 1.2.1 | Жидкий нефтепродукт | 4,3 | 4,3 | 4,3 | 4,3 | 4,3 | 4,3 | ||
| 1.2.2 | Вода | 13,7 | 13,7 | 13,7 | 13,7 | 13,7 | 13,7 | ||
| 1.2.3 | Аммиачная и натриевая селитра | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | ||
| 1.2.4 | Эмульгирующий состав | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | ||
| 1.2.4.1 | Эмульгатор - продукты конденсации алкенил-(полиизобутилен)-янтарного ангидрида с аминопроизводными (триэтаноламином) | 70 | 20 | - | - | - | - | ||
| 1.2.4.2 | Стабилизатор эмульсии - полиизобутилен | 30 | 2 | - | - | - | - | ||
| 1.2.4.3 | Индустриальное масло (жидкий нефтепродукт) | 0 | 78 | 79,99 | 1,0 | 47,5 | 8,2 | 48,0 | 32,0 |
| 1.2.4.4 | Технический эфир алкенил-(полиизобутилен)-янтарного ангидрида с триэтаноламином | - | - | 19,0 | 66,0 | - | - | - | - |
| 1.2.4.5 | Полиизобутилен | - | - | 1,0 | 32,0 | 33,0 | 25,0 | 33,0 | 1,0 |
| 1.2.4.6 | Малеиновый ангидрид | - | - | 0,01 | 1,0 | 0,5 | 0,8 | - | - |
| 1.2.4.7 | Алкенил-(полиизобутилен)-сукцинимид мочевины | - | - | - | - | 19,0 | 66,0 | ||
| 1.2.4.8 | Технический нитро-эфир алкенил-(полиизобутилен)-янтарного ангидрида | - | - | - | - | - | - | 19,0 | 67,0 |
| 2 | Срок хранения, месяцев | 7 | 7 | 12,5 | 13 | 12,5 | 13 | 13,5 | 14 |
| 3 | Полнота детонации образцов | нет | есть | есть |
Из таблицы «Сравнительные экспериментальные данные по определению полноты детонации образцов» видно, что нет полноты детонации исследуемых образцов ЭВВ с прототипом эмульгирующего состава при сроке хранения 7 месяцев, а есть полнота детонации исследуемых образцов ЭВВ с предлагаемыми эмульгирующими составами при большем сроке их хранения от 12,5 до 14 месяцев.
Следовательно, предлагаемые эмульгирующие составы для производства эмульсионных взрывчатых веществ обеспечивают заявленный технический результат - увеличение срока хранения ЭВВ, расширяют арсенал эмульгирующих составов для ЭВВ.
1. Эмульгирующий состав для производства эмульсионных взрывчатых веществ, содержащий жидкий нефтепродукт и полиизобутилен, отличающийся тем, что он дополнительно содержит технический эфир алкенил-(полиизобутилен)-янтарного ангидрида с триэтаноламином и/или алкенил-(полиизобутилен)-сукцинимид мочевины, малеиновый ангидрид при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Технический эфир алкенил- | |
| (полиизобутилен)-янтарного ангидрида | |
| с триэтаноламином и/или алкенил- | |
| (полиизобутилен)-сукцинимид мочевины | 19,0-66,0 |
| Полиизобутилен | 1,0-33,0 |
| Малеиновый ангидрид | 0,01-1,0 |
| Жидкий нефтепродукт | остальное. |
2. Эмульгирующий состав по п.1, отличающийся тем, что он имеет кислотное число не более 33 мг КОН/г.
3. Эмульгирующий состав по п.1, отличающийся тем, что он содержит малеиновый ангидрид с кислотным числом не более 1140 мг КОН/г.
4. Эмульгирующий состав по п.1, отличающийся тем, что он в качестве жидкого нефтепродукта содержит дизельное топливо или керосин, или индустриальное масло, или нефтяной экстракт или их смеси.
5. Эмульгирующий состав для производства эмульсионных взрывчатых веществ, содержащий жидкий нефтепродукт и полиизобутилен, отличающийся тем, что он дополнительно содержит технический нитроэфир алкенил-(полиизобутилен)-янтарного ангидрида при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Технический нитроэфир алкенил- | |
| (полиизобутилен)-янтарного ангидрида | 19,0-67,0 |
| Полиизобутилен | 1,0-33,0 |
| Жидкий нефтепродукт | остальное. |
6. Эмульгирующий состав по п.5, отличающийся тем, что он в качестве жидкого нефтепродукта содержит дизельное топливо, или керосин, или индустриальное масло, или нефтяной экстракт, или их смеси.
