DE68907120T2

DE68907120T2 - Verfahren zur Herstellung von feinkörnigen explosiven Substanzen.

Info

Publication number: DE68907120T2
Application number: DE89850119T
Authority: DE
Inventors: Anders Hafstrand; Jan-Olof Nyqvist
Original assignee: Nobel Kemi AB
Current assignee: Nobel Kemi AB
Priority date: 1988-04-29
Filing date: 1989-04-13
Publication date: 1993-10-07
Anticipated expiration: 2009-04-14
Also published as: EP0340188B1; SE8801610D0; US4983235A; SE8801610L; EP0340188A2; EP0340188A3; JPH01313382A; ES2041040T3; DE68907120D1; ATE90657T1; CA1322278C; SE462428B; JP2802388B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her-Stellung von Zusammensetzungen, die feinkörnige, kristalline Explosivstoffe enthalten. Der Oberbegriff Explosivstoffe, wie er im Vorliegenden Kontext verwendet wird, umfaßt sowohl Treibstoffe als auch Hochexplosivstoffe. Weiterhin wird im Vorliegenden Kontext der Begriff Treibstoff für solche Explosivstoffe Verwendet, die normalerweise durch Verbrennung Umgewandelt werden, und die für den Antrieb von Raketen der einen oder anderen Art oder für Ge-Schosse in Geschützen verwendet werden, während der Begriff Hochexplosivstoffe sich auf solche Explosivstoffe bezieht, bei denen die Umwandlung in ihrer Hauptanwendung durch Detonation Verursacht wird.
Die Nachfrage nach feinkörnigen Explosivstoffen für die Herstellung von beispielsweise Nitramin-Treibstoff und PBX hat sich in den letzten Jahren verstärkt. Um dieser Nachfrage nachkommen zu können, wurden neue Wege des Vorgehens für die Stellung von feinkörnigen Fraktionen alter, erprobter und bekannter kristalliner Hochexplosivstoffe, wie beispielsweise Hexogen oder Trimethylen-Trinitramin (RDX), octogen oder Cyclotetramethylen, Tetranitramin (HMX) und Pentyl oder Pentaerytroltrinitrat (PETN) u.a. untersucht. In dieser Veröffentlichung wird der Ausdruck kristalline, feinkörnige Zusammensetzungen für solche Stoffe verwendet, die einen mittleren Teilchendurchmesser (MPD) von weniger als 20 um haben.
Die derzeit angewandten Verfahren zur Herstellung von feinkörnigen Hochexplosivstoffen sind entweder vom Sicherheitsstandpunkt aus betrachtet bedenklich oder unter Berücksichtigung der Ökonomie unmöglich. Unter der ersten Gruppe einzureihen ist das am häufigsten verwendete Verfahren, das auf dem Mahlen des Hochexplosivstoffes in einer Mühle unter Anwesenheit von großen Mengen Flüssigkeit basiert, einem Verfahren, das im Laufe der Zeit - ungeachtet der Zugabe Von Flüssigkeit - zu einer großen Anzahl von Unfällen geführt hat, und demzufolge kaum als völlig risikofrei beschrieben werden kann. Eine weitere Komponente dieser Problemstruktur ist, daß es schwierig ist, ausreichende Mengen feinkörnigen Hochexplosivstoffes einfach durch Trennen der überwiegend feinkörnigen Fraktionen aus jeder Charge kristallinen Hochexplosivstoffes herzustellen. Darüber hinaus ist die Mischstufe selbst ein integraler Bestandteil der Herstellung zusammengesetzter Explosivstoffe, eine Stufe, die insbesondere dann, wenn sie im trockenen Zustand durchgeführt werden muß, ein zusätzliches Risikoelement birgt.
Bekannte Verfahren zur Herstellung feinzerteilter Teilchen aus normal kristallinen Explosivstoffen durch Schnellausfällung/-Kristallisation desselben durch Kontaktbehandlung und/oder Mischen einer Explosivstofflösung dieses Stoffes in ein Lösungsmittel mit einem Überschuß an Nichtlösungsmittel, der mit dem Lösungsmittel mischbar ist, ist beispielsweise in der GB-A-998 122 und GB-A-1 201 171 beschrieben.
Aufgabe der Vorliegenden Erfindung ist es, diesen Problemen abzuhelfen und ein sicheres und zuverlässiges Verfahren zur Herstellung gewünschter Mengen feinkörniger, kristalliner Hochexplosivstoffe zur direkten Verwendung oder zusammen mit einem Bindemittel in PBX, oder als Unterkomponente bei Treibstoff zu schaffen. Darüber hinaus ermöglicht die vorliegende Erfindung eine direkte Herstellung von Treibstoffzusammensetzungen, die feinkörnigen Explosivstoff enthalten.
Beispiele für Komponenten, die in einem erwähnten Treibstoff enthalten sein können, sind Ethylencellulose (EC), Celluloseacetat (CA), Celluloseacetatbutyrat (CAB), Nitrocellulose (NC), Nitroglycerin (Ngl), Salze oder Ester der Adipinsäure, Phthalate, Stabilisatoren und Verbrennungskatalysatoren.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Schnellkristallisation und Ausfällung der relevanten, kristallinen und nicht kristallinen Stoffe in einem dampfbetriebenen Ejektor. Zweckmäßigerweise wird Wasserdampf verwendet, um den Ejektor anzutreiben.
Neben dem Erzeugen von Kristallen gewünschter Größte, d.h. mit einer Hauptteilchengröße von weniger als 20 um bei einer gleichmäßigen Verteilung von irgend welchen anderen Substanzen, die enthalten sein können, wie beispielsweise ein Treibstoff, hat dieses Verfahren mehrere unterschiedliche Vorteile. Die Vorrichtung, die für die Durchführung des Verfahrens gjemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird - diese Vorrichtung ist ebenfalls Bestandteil der hiermit offenbarten Erfindung - hat überhaupt keine beweglichen Teile im Ejektor, der für das Auswählen der enthaltenen Substanzen und im nachfolgenden Zyklon oder Separator verwendet wird, wodurch eine einfache Vorrichtung geschaffen ist, in der jegliches Risiko der Überhitzung der Lager oder Trockenkochen mit all den impliziten mechanischen Risiken des Zündens, vollständig beseitigt ist. Darüber hinaus ist das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung leicht zu steuern und kann mit hoher Kapazität betrieben werden. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung haben auch den Vorteil, daß eine direkte Reinigung des Lösungsmittels in Verbindung mit der Ausfällstufe geboten wird, wobei das Lösungsmittel sofort für die Wiederverwendung zur Verfügung steht, was offensichtlich von ökonomischem Vorteil ist.
Gemäß der Erfindung werden alle relevanten Komponenten, die sowohl reine Hochexplosivstoffe als auch Gemische anderer Komponenten des gewünschten Endproduktes sein können (die damit auch ein Treibstoff sein können) in einem geeigneten verdampfbaren Lösungsmittel, wie beispielsweise Azeton oder Methylethylketon (MEK), gelöst, und die Lösung wird auf eine Temperatur gerade unterhalb des Siedepunktes des Lösungsmittels erhitzt. Die Lösung wird dann aus zwei Gründen einem positiven Druck ausgesetzt, erstens, um zu verhindern, daß sie in den Leitungen zu kochen anf ängt, und zweitens aus transporttechnischen Gründen. Um den Druck zu erhöhen, wird ein geeignetes Inertgas, beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxyd, verwendet. Der positiVe Druck muß nicht extrem sein, eine oder ein paar Atmosphären sind ausreichend. Die heiße Lösung wird dann unter positivem Druck zweckmäßigerweise über ein Filter und ein Strömungsmeßgerät zur Einlaßseite eines dampfbetriebenen Ejektors geleitet. Sowohl der Dampfstrom als auch der Lösungsstrom zum Ejektor werden zweckmäßigerweise mittels steuerbarer Ventile geregelt, die direkt in Strömungsrichtung oberhalb des Ejektors angeordnet sind. Der im Ejektor vorgesehene Diffusor leert sich seinerseits in einen Zyklon.
Wenn die Lösung mittels des Dampfes in den Diffusor des Ejektors eingeleitet wird, wird die Lösung verdampft und die darin gelösten Komponenten werden sehr schnell in der wässrigen Phase in Form von feinkörnigen festen Teilchen ausgefällt, die in dem nachfolgenden Zyklon aus den Lösungsmitteldämpfen getrennt weden. In dem Zyklon werden die ausgefällten festen Komponenten gesammelt oder weiterverarbeitet, während die Lösungsmitteldämpfe zum Abkühlen, Kondensieren und Sammeln für die Rückführung und Wiederverwendung in einen Kondensor geleitet werden.
Die ausgeprägtesten Vorteile des Verfahrens und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefaßt werden:
1. Keine Handhabung trockener Hochexplosivstoffe. (Die Chargenbefeuchtung kann Wasser oder Alkohol sein).
2. Kein Mahlen.
3. Kleine Kristalle gewünschter Größe.
4. Die Kristallgröße und Verteilung kann gesteuert werden.
5. Die Möglichkeit der Aufrechterhaltung kleiner Toleranzen bezüglich der Zusammensetzung solcher Produkte, wenn sie sowohl Treibstoff, Verbundmasse und kristalline Hochexplosivstoffe enthalten.
6. Das Produkt kann in Wasser erhalten werden.
7. Das Produkt kann in phlegmatisierter Form erhalten werden.
8. Die Möglichkeiten für nur einen Strom zu nachfolgenden Arbeitsschritten in einem fortlaufenden Prozeß.
Dies sollte mit einem herkömmlichen fortlaufenden Prozeß verglichen werden, in welchem alle Rohmaterialströme höchst sorgfältig gesteuert werden müssen und in welchem sowohl Mahl- als auch verschiedene Mischstufen enthalten sein müssen, die bezüglich Sicherheit, Zusammensetzung und Prozeßsteuerung Probleme schaffen.
Die vorliegende Erfindung, wie sie durch die Ansprüche definiert ist, wird nun im Einzelnen anhand der begleitenden schematischen Zeichnungen und der folgenden Beispiele erläutert. In den Figuren zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 1a eine schematische Darstellung einer Detailkonstruktion des Dampfejektors.
Die in der Figur schematisch gezeigte Vorrichtung zum Herstellen feinkörniger Explosivstoffe, die einen oder mehrere unterschiedliche Substanzen enthalten, besteht aus drei unterschiedlichen Lösungsgefäßen 1, 2 und 3, die jeweils mit einem Rührgerät, 4, 5 und 6 versehen sind. Zusätzlich ist jedes Lösungsgefäß mit einem ersten einstellbaren Einlaß 7, 8 und 9 für die Lösung und einem zweiten, einstellbaren Einlaß 10, 11 und 12 für die festen Bestandteile versehen, die in dem Endprodukt enthalten sind, und die somit aus einem oder mehreren Explosivstoffen und möglicherweise auch anderen Substanzen bestehen können. Schließlich ist jedes Lösungsgef äß mit einem dritten Einlaß 13, 14 und 15 für ein Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff, versehen, um zu ermöglichen, daß die geschlossenen Gefäße, die mit Heizvorrichtungen 34 versehen sind, unter einem gewissen positiven Druck gehalten werden können. Die Lösungsgefäße 1, 2 und 3 stehen über Bodenventile 16, 17 und 18 mit einer Hauptversorgungsleitung 19 in Verbindung, die ihrerseits ein Filter 20 und ein einstellbares Strömungsventil 21 aufweist. Das Ventil 21 läuft in einem Ejektor 22 in dessen Einlaß 23 aus, der im rechten Winkel zur Zuführrichtung des Ejektors angeordnet ist (siehe Einzelheit gemäß Fig. 1a), für das in dem Ejektor behandelte Material. Der Ejektor ist weiterhin mit einem Einlaß 25 für Dampf versehen, der mit einem Steuerventil 25 befestigt ist. Da der Dampf als ein Antriebsmedium im Ejektor wirkt, ist der Einlaß 25 in der Zuführrichtun des Ejektors angeordnet. Der im Ejektor enthaltene Diffusor ist mit 26 bezeichnet. Dieser geht in einen Zyklon 27 über, in welchem das feinkörnige Produkt aus den Lösungsmitteldämpfen getrennt wird, welche den Zyklon über eine obere Auslaßöffnung 28 für die Lösungsmitteldämpfe verlassen, während die festen Bestandteile den Zyklon über eine untere Auslaßöffnung 29 verlassen.
In der Figur ist die weitere Behandlung des so erhaltenen Produktes durch das Gefäß 30 angegeben, während das Lösungsmittel, welches den Zyklon so über die Auslaßöffnung 28 verläßt, dann einer Leitung 31 bis zum Kühler 32 folgt, wo es kondensiert und dann in kondensierten Form zum Sammelgefäß 33 geleitet wird, von wo es falls erforderlich über eine Leitung 35 jeweils zu den Lösungsgefäßen 1, 2 oder 3 zurückgeführt werden kann.
Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel sind drei Lösungsgefäße enthalten, aber es können auch entweder nur eines oder mehrere Gefäße Vorgesehen sein, in Abhängigkeit davon, wie der erforderliche Ausgangsvorrat am besten von denselben hergestellt wird.
Bei den Beispielen, auf die im Folgenden Bezug genommen wird, wird die Vorrichtung wie sie in der Figur skizziert ist, verwendet, und es wird die Bezugsziffer der Lösungsgefäße bei jedem besonderen Fall verwendet.

Beispiel 1:

Herstellung von feinkörnigem Hochexplosivstoff.

Verfahren:

6 kg Hexogen wurden 60 l Methylethylketon und 20 l Wasser unter Umrühren zugesetzt. Das Gemisch wurde unter Rühren auf 60 bis 70º C so lange erhitzt, bis eine vollständige Lösung des Hochexplosivstoffes erzielt worden ist.
Die Lösung wurde mit Stickstoffgas (eine atm Überdruck) unter Druck gesetzt und wurde dann mit einer eingestellten. Strömungsgeschwindigkeit von 4 1/min. dem Ejektor zugeführt. Gleichzeitig wurde Dampf mit einem Dampfdruck von 3 kg/cm² dem Ejektor zugeführt.

Ergebnis:

Nach der Kristallisierung im Ejektor, der Trennung Yom Lösungsmittel im Zyklon und Entwässerung wurde 5,9 kg Hexogen mit einer Hauptteilchengröße von 8 um erhalten. 90% des Lösungsmittels konnten im Kondensor wiedergewonnen werden.

Beispiel 2:

Herstellung von feinkörnigem Treibstoff, der feinkörnigen, kristallinen Hochexplosivstoff enthält. Verfahren:
7,06 kg von feuchtem Hexogen (15% Feuchtigkeit), 0,95 kg Cellulosacetatbutyrat (CAB), 0,600 kg Tributylcitrat (TBC), 0,0315 kg Nitrocellulose (NC) und 0,032 kg Centralit wurden 60 kg wassergesättigtem (ungefähr 12%) Methylethylketon zugesetzt. Das Gemisch wurde unter Umrühren auf ungefähr 70º C erhitzt und das Lösungsgefäß wurde mit Stickstoffgas (1 atm) unter Druck gesetzt, das Gemisch wurde dem Ejector mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 3 kg/min. und einem Dampfdruck von ungefähr 3 kg/cm² zugeführt. Das ausgefällte Produkt wurde mit Wasser gewaschen und getrocknet.

Ergebnis:

Nach dem Trocknen wurde 7,6 kg Treibstoff zusammensetzung erhalten. Ungefähr 80% des Lösungsmittels konnten wiedergewonnen werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung Von Zusammensetzungen, die einkörnige, kristalline Explosivstoffe enthalten, d.h. Substanzen mit eine mittleren Teilchendurchmesser (MPD) Von ≤ 20 um, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Ausgangskomponenten in einem verdampfbaren. Lösungsmittel, das zur Auflösung der Komponenten geeignet ist, gelöst werden, wonach die so erhaltene Lösung einem dampfbetriebenen Ejektor mit zugeordnetem Diffusor zugeführt wird, wobei dieser so ausgelegt ist und die dem Ejektor zugeführten Volumina von Lösungsmittel und Dampf so angepaßt sind, daß das Lösungsmittel in dem Diffusor des Ejektors Verdampft wird und die im Lösungsmittel gelösten kristallinen Komponenten auskristallisiert und die anderen der Reihe nach ausgefällt werden und danach in einem auf den Diffusor des Ejektors folgenden Zyklon Vom Lösungsmittel getrennt zu werden, welches seinerseits außerhalb des Zyklons für evtl. Wiederverwendung kondensiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Lösungsschritt eine oder mehrere hochexplosive Stoffe als kristalliner Explosivstoff zugefügt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangskomponenten eine oder mehrere kristalline Produkte, die im allgemeinen als Hochexplosivstoffe bezeichnet werden, sowie ein oder mehrere Komponenten, die allgemein als Treibstoffrohmate rialien bezeichnet werden, zugesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung der Ausgangs materialien auf eine Temperatur oberhalb der Raumtemperatur, jedoch unterhalb des Siedepunktes des Lösungsmittels, erhitzt werden, bevor die Lösung dem Ejektor zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung während dem Erhitzen durch ein Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxyd, einen Überdruck ausgesetzt wird, um zu verhindern, daß die Lösung auf ihrem Weg zum Ejektor anfängt auszukochen.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Methylethylketon oder alternativ Azeton verwendet wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit dem Lösungsmittel Wasser zugesetzt wird.