Эмульсионное взрывчатое вещество - RU2157358C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к газонасыщенным взрывчатым веществам.

Эмульсионные взрывчатые вещества обычно состоят из эмульсии типа вода-в-масле, содержащей окислители. Традиционно такие взрывчатые вещества изготовлялись с применением эмульгаторов на основе сложных эфиров сахара. Несколько позднее в приготовлении таких взрывчатых веществ нашли применение эмульгаторы на основе соединений полиизобутиленянтарного ангидрида (PIBSA).

Эмульгаторы на основе PIBSA приводят к более стабильным эмульсиям, которые могут быть приготовлены в широком диапазоне параметров процесса и которые демонстрируют требуемый срок хранения.

Обычной практикой в области эмульсионных взрывчатых веществ является изменение плотности взрывчатого вещества регулированием его газонасыщения. Газонасыщение может быть осуществлено химическими или механическими средствами.

Химическое газонасыщение может быть основано на ряде реакций, например реакции металла с сильной кислотой с образованием водорода, но наиболее часто используемой реакцией является реакция каталитического разложения нитрита натрия в кислой среде с образованием азота.

Эмульгаторы на основе PIBSA, как правило, способны вступать в реакцию с кислотой, необходимой для химического газонасыщения, обычно с вредным воздействием на эмульгирующие свойства эмульгатора. Таким образом, обычно применяемые реакции химического газонасыщения не могут быть использованы для газонасыщения взрывчатых эмульсий на основе известных PIBSA.

Известно эмульсионное взрывчатое вещество, содержащее эмульгатор на основе полиизобутиленянтарного ангидрида.

Известно также, что пористые куски нитрата аммония (PPAN), применяемые в смеси с жидким топливом с образованием взрывчатых веществ типа нитрат аммония-жидкое топливо (ANFO), могут быть стабилизированы нафталинсульфонатом от термического разрушения образцов при 32^oC. Такой сульфонат является поверхностно-активным веществом с эмульгирующей активностью, противоположной активности обычно применяемых в технологии эмульсионных взрывчатых веществ эмульгаторов. Обычная смесь ANFO, приготовленная из стабилизированных таким путем кусков с эмульсионными взрывчатыми веществами для образования продукта, известного специалистам под названием "тяжелое ANFO", приводит к разрушению эмульсионной части смеси и порче взрывчатого вещества вследствие несовместимости сульфоната и эмульгатора.

Целью настоящего изобретения является создание эмульсионных взрывчатых веществ на основе PIBSA, в которых вышеуказанные затруднения могут быть преодолены или по меньшей мере сведены к минимуму.

Согласно изобретению обеспечивается эмульсионное взрывчатое вещество на основе PIBSA, включающее дополнительно смесь сложных моно- и диэфиров ортофосфорной кислоты, далее называемую как "фосфатэфир".

Было обнаружено, что газонасыщение такого взрывчатого вещества может быть осуществлено в разумных пределах времени (менее 30 минут при 10^oC), стабильность которого сохраняется в течение по меньшей мере 28 дней после загрузки в буровую скважину и выдерживания в ней при температуре окружающей среды (от -10^oC до 40^oC).

Предпочтительным фосфатэфиром является смесь приемлемых сложных моно- и диэфиров ортофосфорной кислоты.

Предпочтительная смесь сложных эфиров содержит соединения следующего строения:

Было найдено, что наиболее приемлемыми сложными моно- и диэфирами являются сложные эфиры, полученные из спиртов, в которых R содержит углеродную цепь с 7-9 атомами углерода и R₁ содержит 10-18 атомов углерода. Наиболее предпочтительно, если R содержит 8 атомов углерода в цепи, а R₁ содержит в цепи 12-16 атомов углерода.

Соответственно, следующие соединения могут присутствовать в типичной смеси сложных эфиров по настоящему изобретению:

Заявитель обнаружил, что такая смесь может также содержать С7, С9, С11 и С17 углеродные цепи, а также некоторое количество непрореагировавшей ортофосфорной кислоты и димеры фосфорной кислоты.

Концентрация фосфатэфира в общем составе взрывчатого вещества предпочтительно находится в интервале 0,02-2%, более предпочтительно 0,05-0,7% мас. /мас.

Фосфатэфир может быть добавлен на любой стадии и к любой из двух фаз эмульсионного взрывчатого вещества типа вода-в-масле, однако предпочтительно фосфатэфир растворять в масляной фазе взрывчатого вещества перед эмульгированием.

Кроме того, согласно изобретению взрывчатое вещество помимо основного эмульгатора на основе PIBSA может включать дополнительный эмульгатор в меньшей концентрации, чем эмульгатор на основе PIBSA. Такой эмульгатор, действующий как соэмульгатор, предпочтительно представляет собой сложный эфир, образованный сорбитом и жирной кислотой более конкретно - моноолеат сорбита (SMO).

Для эмульсионных взрывчатых веществ, содержащих фосфатэфир по изобретению, заявителем обнаружено следующее:
1. Если фосфатэфир присутствует в избытке по сравнению с эмульгатором на основе PIBSA, то эфир, в свою очередь, может действовать, как эмульгатор, образующий эмульсию типа масла-в-воде, но когда эфир присутствует в меньшем предпочтительном процентном отношении, он действует, как соэмульгатор для эмульсии типа вода-в-масле, которая содержит эмульсионное взрывчатое вещество.

2. При добавлении к эмульсионному взрывчатому веществу газонасыщенного раствора без добавления дополнительной кислоты выделение образующегося газа связано с присутствием свободной ортофосфорной кислоты и ее димеров, а также сложных моноэфиров, содержащих свободные ОН группы, и в меньшей степени присутствием единственной ОН группы сложных диэфиров.

3. Скорость газонасыщения эмульсионного взрывчатого вещества приемлема вплоть до температуры 10^oC; газонасыщение для понижения плотности взрывчатого вещества происходит в течение 30 минут при pH 5. Такое значение pH предпочтительно получают добавлением либо азотной кислоты, либо гидроксида аммония к водной фазе, окислителя, но pH может быть также достигнуто использованием любых других приемлемых кислот или щелочей.

4. Газонасыщенные эмульсионные взрывчатые вещества сохраняют свои взрывчатые и реологические свойства в течение по меньшей мере 28 дней после смешивания с стабилизированным сульфонатом PPAN образцами и закачанными в буровую скважину. Этот срок называется 28-дневным временем покоя.

5. Пузырьки газа имеют меньший размер и более равномерно распределяются по размеру, чем в случае обычных газонасыщенных эмульсионных взрывчатых веществ на основе SMO. Пузырьки газа сохраняют свой размер даже после применения стандартного испытания с перемешиванием, которое приводит к разрушению пузырьков газа в нестабилизированных эмульсионных взрывчатых веществах.

6. Стабилизация пузырьков газа не зависит от способа, которым получают пузырьки. Способ может быть представлен вышеописанным химическим газонасыщением, или пузырьки могут быть получены механическими средствами, например разбиванием пузырьков с помощью аэрационного механизма перемешивания.

7. Стабилизирующий эффект наиболее ярко выражен, когда PIBSA имеет молекулярную массу в интервале 500-1300 и когда сложноэфирное производное синтезируют с применением триэтаноламина.

В качестве газообразующего реагента предпочтителен реагент, основанный на каталитическом разложении кислотой нитрита натрия. Реагент может состоять из смеси нитрита натрия, мочевины или тиомочевины и воды в соответствующих концентрациях. В неограничивающем изобретение примере газообразующий реагент может содержать смесь тиомочевины, нитрита натрия и воды в отношении по массе 5:10:85.

Газообразующий реагент может быть добавлен к взрывчатому веществу в виде водного раствора или в виде эмульсии типа вода-в-масле. При использовании последнего способа получают еще более однородные пузырьки газа. Если такая эмульсия также содержит и фосфатэфир, получают самую высокую однородность и стабилизацию пузырьков газа.

Было также обнаружено, что в отношении указанного газонасыщения фосфатэфир служит в качестве кислотного катализатора для реакции газообразования из нитрита натрия и кроме того служит в качестве буфера и источника кислоты, чтобы способствовать газонасыщению при значении pH, равном 5, которое нейтрально для раствора нитрата аммония.

Предпочтительно композиция газонасыщенных эмульсионных взрывчатых веществ по изобретению (состав указан в процентах по массе) представлен в таблице.

Значение pH обычно находится в интервале 2-6,5, предпочтительно 3,6-5,8, наиболее предпочтительно 5.

Найдено, что наиболее предпочтительны составы, приведенные выше, особенно хорошо образуют газ.

Заявителем также найдено, что если взрывчатая композиция включает PPAN, стабилизированный любым известным путем во взрывчатых веществах и включающий PPAN, стабилизированный нафталинсульфонатом, с образованием тяжелого ANFO, такие PPAN совместимы с применяемым эмульгатором как с добавлением, так и без добавления нитрата кальция в раствор окислителя.

Соответственно, объемом изобретения охватываются такие взрывчатые композиции, которые включают как таковой, так и образующий совместно с жидким топливом ANFO.

Кроме того, объемом изобретения охватываются смеси указанных газонасыщенных эмульсионных взрывчатых веществ и 0-90 мас.% либо кусков (образцов) нитрата аммония, либо ANFO, приготовленного из кусков нитрата аммония и жидкого топлива в обычном отношении 94:6 и стабилизированного любым известным способом с образованием газонасыщенного тяжелого ANFO.

При смешивании таким образом с 40% ANFO полученное тяжелое ANFO характеризуется временем покоя, по меньшей мере, в 28 дней.

В этом случае фосфатэфир может быть добавлен к компоненту жидкого топлива ANFO.

Необходимо указать, что объемом изобретения охватываются также способ получения газонасыщенных эмульсионных взрывчатых веществ и газированных тяжелых ANFO, охарактеризованных выше.

Необходимо также указать, что вне всякого сомнения в отношении газонасыщенных эмульсионных взрывчатых веществ и/или газонасыщенных тяжелых ANFO возможны разнообразные вариации в деталях без отхода от духа и/или объема прилагаемой формулы изобретения.

Реферат

Изобретение относится к газонасыщенным взрывчатым составам и направлено на устранение недостатков предыдущего технического уровня. Состав, согласно изобретению, представляет собой эмульсионное взрывчатое вещество на основе полиизобутиленянтарного ангидрида (PIBSA), содержащее смесь сложных моно- и диэфиров ортофосфорной кислоты. Взрывчатое вещество газировано химически или механически и может использоваться при изготовлении тяжелого ANFO. 22 з.п. ф-лы. 1 табл.

Формула

1. Эмульсионное взрывчатое вещество, содержащее эмульгатор на основе полиизобутеленянтарного ангидрида (PIBSA), отличающееся тем, что дополнительно содержит смесь сложных моно- и диэфиров ортофосфорной кислоты (фосфатэфир).

2. Эмульсионное взрывчатое вещество по п.1, отличающееся тем, что концентрация фосфатэфира в общем составе взрывчатого вещества составляет 0,02 - 2 мас.%.

3. Эмульсионное взрывчатое вещество по п.2, отличающееся тем, что концентрация фосфатэфира в общем составе взрывчатого вещества 0,05 - 0,7 мас.%.

4. Эмульсионное взрывчатое вещество по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что фосфатэфир включает соединения следующего строения:

где R и R₁ содержат углеродные цепи с 6 - 18 атомами углерода, причем R и R₁ являются одинаковыми или различными.

5. Эмульсионное взрывчатое вещество по п. 4, отличающееся тем, что сложные эфиры являются производными ортофосфорной кислоты и спиртов, содержащих углеродные радикалы R и R₁, в которых R содержит углеродную цепь с 7 - 9, предпочтительно 8 атомами углерода, а R₁ содержит 10 - 18, предпочтительно 12 - 16 атомов углерода.

6. Эмульсионное взрывчатое вещество по п.4 или 5, отличающееся тем, что фосфатэфир включает соединения следующего строения

7. Эмульсионное взрывчатое вещество по любому из пп.1 - 6, отличающееся тем, что содержит дополнительный эмульгатор в концентрации менее, чем концентрация эмульгатора на основе PIBSA.

8. Эмульсионное взрывчатое вещество по п.7, отличающееся тем, что дополнительный эмульгатор представляет собой сложный эфир, образованный сорбитом и жирной кислотой.

9. Эмульсионное взрывчатое вещество по п.8, отличающееся тем, что в качестве эфира жирной кислоты с сорбитом дополнительный эмульгатор содержит моноолеат сорбита (SMO).

10. Эмульсионное взрывчатое вещество по любому из пп.1 - 9, отличающееся тем, что его газонасыщают.

11. Эмульсионное взрывчатое вещество по п.10, отличающееся тем, что газонасыщение осуществляют химически.

12. Эмульсионное взрывчатое вещество по п.10, отличающееся тем, что газонасыщение осуществляют механически.

13. Эмульсионное взрывчатое вещество по п.11, отличающееся тем, что химическое газонасыщение осуществляют путем включения газообразующего реагента посредством кислотного каталитического разложения входящего в его состав нитрита натрия.

14. Эмульсионное взрывчатое вещество по п.13, отличающееся тем, что газообразующий реагент содержит смесь нитрита натрия, мочевины или тиомочевины и воды.

15. Эмульсионное взрывчатое вещество по п.14, отличающееся тем, что газообразующий реагент содержит смесь тиомочевины, нитрита натрия и воды в соотношении 5:10:85.

16. Эмульсионное взрывчатое вещество по любому из пп.1 - 15, отличающееся тем, что содержит эмульгатор на основе PIBSA, фосфатэфир, дополнительный эмульгатор, воду, масло или масло и воск, газообразующий реагент и нитрат аммония.

17. Эмульсионное взрывчатое вещество по п.16, отличающееся тем, что содержит (мас. %): эмульгатор на основе PIBSA 0,69, фосфатэфир 0,31, SMO 0,3, воду 18, масло или масло и воск 6,8, газообразующий реагент 1,7, нитрат аммония 72,2, при этом значение pH состава 5.

18. Эмульсионное взрывчатое вещество по п.16, отличающееся тем, что содержит (мас. %): эмульгатор на основе PIBSA 0,81, фосфатэфир 0,31, воду 18, масло или масло и воск 6,98, газообразующий реагент 1,7, нитрат аммония 72,2, при этом значение pH состава 5.

19. Эмульсионное взрывчатое вещество по п.16, отличающееся тем, что содержит нитрат кальция.

20. Эмульсионное взрывчатое вещество по п.19, отличающееся тем, что содержит (мас. %): нитрат кальция до 35, эмульгатор на основе PIBSA 0,1 - 2, фосфатэфир 0,1 - 1,0, SMO до 2, воду 1 - 24, масло или масло и воск 2,5 - 20, газообразующий реагент 0,4 - 5, нитрат аммония - остальное, при этом значение pH состава 2 - 6,5.

21. Эмульсионное взрывчатое вещество по п.20, отличающееся тем, что содержит (мас.%): нитрат кальция до 15, эмульгатор на основе PIBSA 0,1 - 1,2, фосфатэфир 0,1 - 0,7, SMO 0,1 - 0,6, воду 7 - 20, масло или масло и воск 6 - 9, газообразующий реагент 0,8 - 2, нитрат аммония - остальное, при этом значение pH состава 4,5 - 5,8.

22. Эмульсионное взрывчатое вещество по любому из пп.1 - 21, отличающееся тем, что применяется совместно с пористыми кусками нитрата аммония или с ANFO, содержащим пористые куски нитрата аммония и жидкое топливо в соотношении 94:6 в количестве до 90 мас.%.

23. Эмульсионное взрывчатое вещество по п.22, отличающееся тем, что содержит пористые куски нитрата аммония, стабилизированные нафталинсульфонатом.

Приоритет по пунктам:
18.11.93 по пп.1 - 4, 7 - 23;
10.12.93 по пп.5 и 6.