KR20080069596A - 에멀젼 폭약의 제조와 운반을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

에멀젼 폭약의 제조와 운반을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

불연속 산화제 용액 상, 연속 연료 상, 및 유화제를 갖는 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법으로서, (a) 에멀젼 제조 시스템을 제공하는 단계; (b) 상기 에멀젼 제조 시스템에 산화제 용액 상을 소정의 압력으로 운송하는 단계; (c) 상기 에멀젼 제조 시스템에 연료를 소정의 압력으로 운송하는 단계; (d) 에멀젼 폭약의 형성 후 이용가능한 잔류 압력을 제공하도록 상기 소정의 압력 중 단지 일부만을 이용하여, 상기 산화제 용액 상, 상기 연료, 및 유화제로부터 에멀젼 폭약을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 잔류 압력을 이용하여 상기 에멀젼 폭약을 소정의 위치까지 비기계적으로 운반하는 단계를 포함하는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법.
에멀젼 폭약, 운반.

Description

에멀젼 폭약의 제조와 운반을 위한 방법 및 장치{METHOD AND SYSTEM FOR MANUFACTURE AND DELIVERY OF AN EMULSION EXPLOSIVE}
본 발명은 일반적으로 폭약 및 폭약 운반 시스템에 관한 것이고, 더욱 구체적으로는 현장에서, 공장 내에서, 또는 다른 의도하는 위치로의 에멀젼 폭약의 제조, 감도증대 및 운반을 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
현장 에멀젼 폭약 제조와 운반 시스템은 본 기술분야에서 공지되어 있다. 이 시스템은 에멀젼 폭약을 형성하기 위해 다양한 증감제, 밀도 감소제 및 다른 성분들과 함께 다양한 연료와 산화제 용액상 성분들을 이용한다. 에멀젼을 형성하고 그 에멀젼을 운반용으로 준비하는데 이용되는 시스템은 일반적으로 기계적 펌프, 믹서와 다른 시스템의 다양한 조합을 포함한다. 그리고, 일단 에멀젼이 형성되면, 그 에멀젼을 실제로 운반하기 위해 추진 공동형 펌프 (progressive cavity pump) 와 같은 기계적 운반 펌프가 필요하다. 기계적 운반 펌프는 형성된 에멀젼을 수용한 후, 그 에멀젼을 보어홀 (borehole) 아래와 같이 의도하는 위치에 기계적으로 운반하는 기능을 한다.
일반적으로, 에멀젼은 운반 지점에서 에멀젼 폭약으로서 감도증대된 상태이거나 또는 감도증대되게 된다. 그러므로, 운반 펌프로부터의 물리적 입력과 같 은 에멀젼 폭약에의 임의의 물리적 입력은 운반 관련 위험을 바람직하지 않게 증가시킨다. 그리고, 운반 펌프의 추가는 의도하는 위치로의 에멀젼 폭약의 운반시 비용을 현저하게 증가시킨다.
종래 기술의 문제 내지 단점을 고려하여, 본 발명은 최종 에멀젼 제품을 운송 또는 운반하기 위해 무펌프 (pumpless) 운반 시스템이 사용되는 에멀젼 제조 및 운반 시스템을 제공함으로써 이러한 문제 내지 단점을 극복하려는 것이다.
여기서 구체화되고 폭넓게 설명하는 본 발명에 따르면, 본 발명은, 불연속 산화제 용액 상, 연속 연료 상, 및 유화제를 갖는 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법으로서, (a) 에멀젼 제조 시스템을 제공하는 단계; (b) 에멀젼 제조 시스템에 산화제 용액 상을 소정의 압력으로 운송하는 단계; (c) 에멀젼 제조 시스템에 연료를 소정의 압력으로 운송하는 단계; (d) 에멀젼의 형성 후 이용가능한 잔류 압력을 제공하도록 소정의 압력 중 단지 일부만을 이용하여, 산화제 용액 및 연료 상으로부터 에멀젼을 형성하는 단계; 및 (e) 잔류 압력을 이용하여 에멀젼을 소정의 위치까지 비기계적으로 운반하는 단계를 포함하는 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 불연속 산화제 용액 상, 연속 연료 상, 및 유화제 (바람직하게는 연료의 일부로서의 유화제) 를 갖는 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법으로서, (a) 산화제 용액 상을 소정의 압력으로 혼합실에 운송하는 단계; (b) 혼합실에 연료를 소정의 압력으로 운송하는 단계; (c) 혼합실에 유화제를 제공하는 단계; (d) 유화제의 존재 하에서 연료 상 및 산화제 용액 상 중 적어도 일부를, 에멀젼을 형성하기에 충분한 힘으로 서로 비기계적으로 충돌시키는 단계; (e) 더 정제할 목적으로 그리고 원하는 점성을 얻기 위해 에멀젼을 비기계적으로 전단변형시키는 단계; 및 (f) 상기한 운송, 충돌, 및 전단변형 단계들로부터 남은 잔류 압력으로서, 추가적인 기계적 입력의 필요 없이 에멀젼을 소정의 위치까지 운반할 수 있는 잔류 압력을 이용하여 에멀젼을 소정의 위치까지 비기계적으로 운반하는 단계를 포함하는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법을 특징으로 한다.
더 구체적으로 본 발명은, 불연속 산화제 용액 상, 연속 연료 상, 및 유화제를 갖는 에멀젼 폭약의 형성 및 운반 방법으로서, (a) 제 1 노즐을 통해 혼합실에 산화제 용액 상을 운송하는 단계; (b) 제 2 노즐을 통해 혼합실에 연료 상을 운송하는 단계; (c) 혼합실에 유화제를 제공하는 단계; (d) 산화제 용액 상과 연료 상의 적어도 일부가 에멀젼의 존재 하에서 예비혼합 (pre-blend) 에멀젼을 형성하기에 충분한 힘으로 서로 충돌하도록, 상기 제 1 및 제 2 노즐을 서로 대향하는 위치로 배향하는 단계; (e) 예비혼합 에멀젼을 제 3 노즐에 통과시키는 단계; (f) 제 3 노즐로부터 나오는 에멀젼을, 더 산소-균형잡힌 (oxygen-balanced) 에멀젼을 형성하기에 충분한 힘으로, 제 4 노즐을 통해 운송된 산화제 용액 상과 충돌시키는 단계; (g) 에멀젼을 농축 및 정제하기 위해 에멀젼을 제 5 노즐에 통과시키는 단계; (h) 원하는 점성을 얻고 또 운반 준비된 에멀젼 제품을 형성하기 위해 에멀젼을 전단변형시키는 단계; 및 (i) 에멀젼을 소정의 위치까지 운반하는 단계를 포함하고, 운송 단계들은, 추가적인 기계적 입력의 필요 없이 에멀젼을 소정의 위치까지 운반할 수 있는 잔류 압력을 제공하고 또 상기한 배향, 통과, 및 전단변형 단계들을 실행하도록 충분한 압력에서 이루어지는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반 방법을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반을 위한 시스템으로서, (a) 에멀젼 제조 시스템; (b) 에멀젼 제조 시스템에 소정의 압력으로 산화제 용액 상을 운송하는 제 1 압력원; (c) 이용가능한 잔류 압력을 제공하도록 산화제 용액과 연료 상으로부터 에멀젼을 형성하기 위해 소정의 압력 중 단지 일부만을 이용하는 에멀젼 제조 시스템에, 유화제를 포함하는 연료 상을 운송하는 제 2 압력원; 및 (d) 소정의 위치까지 에멀젼 제품을 운반하기 위해 잔류 압력을 이용하는 비기계적 운반 시스템을 포함하는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반을 위한 시스템을 특징으로 한다.
또, 본 발명은, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반을 위한 시스템으로서, (a) 제 1 혼합실에 산화제 용액 상을 운송하는 제 1 압력원; (b) 제 1 혼합실에 유화제를 포함하는 연료 상을 운송하는 제 2 압력원; (c) 산화제 용액 상의 적어도 일부를 연료 상과 비기계적으로 블렌딩하여, 유화제의 존재 하에서 에멀젼을 형성하기에 충분한 힘으로 산화제 용액 상이 제 1 혼합실 내에서 연료 상에 충돌하게 하는 수단; (d) 에멀젼을 산화제 용액 상의 제 2 부분과 비기계적으로 블렌딩하여, 더 산소-균형잡힌 에멀젼을 형성하기에 충분한 힘과 에너지로 에멀젼이 제 2 혼합실 내에서 산화제 용액 상의 제 2 부분에 충돌하게 하는 수단; (e) 에멀젼을 정제 및 처리하여 운반 준비된 에멀젼 제품을 형성하는 수단; 및 (f) 제 1 및 제 2 압력원으로부터 잔류 압력을 이용하여 에멀젼 제품을 소정의 위치까지 운반하는 비기계적 운반 시스템을 포함하는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반을 위한 시스템을 특징으로 한다.
한 예시적인 실시형태에서, 산화제 용액 상의 적어도 일부를 연료 상과 비기계적으로 블렌딩하는 수단은, (ⅰ) 산화제 용액 상을 운송하는 제 1 노즐; 및 (ⅱ) 연료를 운송하는 제 2 노즐을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 노즐은, 산화제 용액 상이 연료 상에 충돌하도록 서로에 대해 대향 배치 위치로 배향되어 있다.
다른 예시적인 실시형태에서, 산화제 용액 상의 적어도 일부를 연료 상과 비기계적으로 블렌딩하는 수단은 스태틱 믹서를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시형태에서, 산화제 용액 상의 적어도 일부를 연료 상과 비기계적으로 블렌딩하는 수단은 스태틱 믹서와 노즐 조합을 포함하고, 상기 상들은 간접적인 혼합을 위해 표면에서 편향된다.
한 예시적인 실시형태에서, 에멀젼을 산화제 용액 상의 제 2 부분과 비기계적으로 블렌딩하는 수단은, (ⅰ) 에멀젼을 운송하는 제 3 노즐; 및 (ⅱ) 산화제 용액 상의 제 2 부분을 운송하는 제 4 노즐을 포함하고, 상기 제 3 및 제 4 노즐은, 에멀젼이 제 2 혼합실 내에서 산화제 용액 상의 제 2 부분에 충돌하도록 대향 배치 위치로 배향되어 있다. 이와 유사하게, 에멀젼을 산화제 용액 상의 제 2 부분과 비기계적으로 블렌딩하는 수단은 스태틱 믹서 또는 스태틱 믹서와 노즐 조합을 포함한다.
한 예시적인 실시형태에서, 정제 수단은 제 2 혼합실로부터 에멀젼을 받도록 되어 있는 제 5 노즐을 포함하고, 제 5 노즐은 운반을 위해 에멀젼의 점성을 증가시키도록 에멀젼을 정제하는 기능을 한다.
한 예시적인 실시형태에서, 에멀젼을 정제하는 수단은 내부에 복수의 버블을 형성하도록 에멀젼에 주입된 밀도 감소제를 혼합하는 제 6 노즐을 포함한다. 밀도 감소제는 운반 전에 그리고 운반 동안 에멀젼의 밀도를 감소시키고 감도를 증대시키는 기능을 한다.
본 발명은 첨부 도면과 함께 이하의 설명과 첨부된 청구범위로부터 보다 더 명백해질 것이다. 첨부 도면은 단지 본 발명의 예시적인 실시형태를 나타내기 위한 것이며, 보호범위를 제한하는 것이 아니다. 여기서 일반적으로 기재되고 도면에 나타낸 본 발명의 부분은 넓은 범위의 상이한 구성으로 배치되거나 설계될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이하에서 첨부 도면을 사용하여 본 발명을 더 구체적으로 그리고 자세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따른 일반적인 에멀젼 제조 및 무펌프 운반 시스템의 블록 선도를 보여준다.
도 2 는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따른 에멀젼 제조 및 무펌프 운반 시스템의 일반적인 개략도이다.
도 3 은 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따른 에멀젼 제조 및 무펌프 운반 시스템의 세부 개략도이다.
도 4 는 도 3 의 에멀젼 제조 및 무펌프 운반 시스템 중 일부의 세부 개략도이다.
도 5 는 예시적인 일 실시형태에 따른 에멀젼을 정제하는데 사용되는 노즐의 측방향 세부 단면도이다.
도 6 은 각 제조 단계에서의 시스템 내 압력 레벨 및 에멀젼 제품을 운반하기 바로 전에 존재하는 잔류 압력을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 예시적인 실시형태에 대한 이하의 상세한 설명은, 명세서의 일부를 이루며 본 발명이 실시될 수 있는 예시적인 실시형태를 예로써 보여주는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 예시적인 실시형태는 본 기술분야의 당업자가 본 발명을 실시할 수 있을 정도로 충분히 상세히 설명되지만, 다른 실시형태도 가능하고 또 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않으면서 본 발명의 변형이 가능함을 이해해야 한다. 따라서, 도 1 ∼ 6 에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시형태에 대한 이하의 상세한 설명은 본 발명의 보호범위를 제한하는 것이 아니라, 본 발명의 특징 내지 본 발명의 가장 바람직한 실시형태를 설명하기 위한 것이고, 본 기술분야의 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위한 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 규정되어야 한다.
본 발명에 대한 이하의 상세한 설명 및 예시적인 실시형태는, 본 발명의 요소 및 특징에 도면부호가 부여되어 있는 첨부 도면을 참조함으로써 가장 잘 이해될 것이다.
본 발명은 현장 또는 공장에서 폭약 에멀젼 제품을 제조하는 방법 및 시스템을 제공하는데, 에멀젼 폭약은 불연속 산화제 용액 상, 연속 연료 상, 및 유화제를 포함한다. 또한, 본 발명은 에멀젼의 제조로부터 잔류 압력을 이용하여 제조된 에멀젼을 운반하는 방법 및 시스템 (따라서 무펌프 운반 시스템) 을 제공하는데, 기계적 펌프 또는 다른 구조물이 생략되고 에멀젼 제품을 의도하는 위치까지 운반하기 위해 필요하지 않다.
본 발명은 에멀젼 제조 및 운반 시스템과 관련된 종래 기술에 비해 여러 가지 큰 이점을 제공하는데, 그 중 일부를 여기서 그리고 이하의 상세한 설명에서 기술한다. 기술하는 각각의 이점은 첨부 도면을 참조한 이하의 상세한 설명에서 명백해질 것이다. 이러한 이점은 어떠한 방식으로도 제한적인 의미를 갖지는 않는다. 실제로, 본 기술분야의 당업자는 본 발명의 실행시 여기에 구체적으로 기재된 이점과는 다른 이점이 얻어질 수 있음을 이해할 것이다. 하나의 특별한 이점은 에멀젼 제조 및 정제 과정에서 남은 잔류 압력을 이용하여 에멀젼 제품을 운반할 수 있는 능력이다. 이로써, 값비싼 기계적 펌프 및 그 펌프와 함께 사용되는 다른 장비가 생략될 수 있다. 달리 표현하면, 본 발명은 무펌프 운반 시스템을 의도하는 것이다.
먼저, 여기서 사용하는 용어 "무펌프"는 무펌프 운반 시스템, 보다 구체적으로는 운반 단계에서 형성된 에멀젼 제품에 개별적인 기계적 펌프를 사용하지 않는 운반 시스템을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 실제로, 무펌프는, 운반 준비된 최종 에멀젼 제품 또는 에멀젼 폭약이 펌프와 같은 기계적 운반 시스템 안으로 공급되거나 운송되지 않고, 대신 단지 모든 제조 및 정제 과정이 이루어진 후 시스템에 남는 잔류 압력을 이용하여 운반됨을 나타내려는 것이다. 운반 시스 템은 에멀젼을 운반하기 위해 잔류 압력을 추출하고 사용하는 것이 가능하도록 설계되어 있다. 따라서, 다양한 산화제 용액 상과 연료 또는 연료 상을 제조 시스템에 운송하기 위해 사용되는 초기 운송 시스템은 기계적 펌프 또는 펌프와 같은 몇몇의 다른 기계적 운송 수단을 포함할 수 있지만, 그러한 펌프는 단지 원료 (예컨대, 산화제 용액 및 원료 상) 에 사용되고, 그러므로, 실제 운반 시스템은 어떠한 기계적 운반 수단도 포함하지 않고, 그 대신 시스템 내 잔류 압력을 이용한다.
여기서 사용되는 용어 "충돌 (impinge)"은 혼합 또는 블렌딩 (blending) 을 위한 2 이상의 입력 스트림의 물리적 충돌을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 2 이상의 입력 스트림은 서로 직접 또는 간접적으로 충돌할 수 있다. 직접 충돌의 일 예로는 2 개의 대향 노즐이 있는데, 이 노즐은 각각의 노즐에서 나오는 스트림이 노즐 개구에서 나올 때 서로 충돌하게 되도록 배향된다. 간접 충돌의 일 예로는 스태틱 믹서 (static mixer) 가 있는데, 여기서 2 이상의 스트림이 스태틱 믹서의 고정자와 접촉하게 되는 때에 서로 혼합되게 된다. 서로 충돌할 수 있는 스트림의 예로는, 산화제 용액 상과 연료 상, 직접 도입된 유화제가 존재하는 산화제 용액 상과 연료, 에멀젼과 제 2 부분의 산화제 용액 상, 및 다른 것들이 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 에멀젼 제품 또는 에멀젼 폭약을 제조하고 운반하기 위한 본 발명 시스템 (이하에서 에멀젼 제조 및 운반 시스템 (10) 이라 함) 의 블록도인 도 1 을 참조한다. 에멀젼 제조 및 운반 시스템 (10) 은 연료 또는 연료 상 압력원 (16) 에 연료 또는 연료 상을 공급하도록 되어 있는 연 료 또는 연료 상 저장소 (12) 와 유체 소통하는 제 1 또는 연료 또는 연료 상 압력원 (16), 및 산화제 용액 상 압력원 (20) 에 산화제 용액 상을 공급하도록 되어 있는 산화제 용액 상 저장소 (14) 와 유체 소통하는 제 2 또는 산화제 용액 상 압력원 (20) 을 포함한다. 제 1 압력원 (16) 및 제 2 압력원 (20) 각각은 압력을 제공하기 위해 동력원에 전기적으로 연결되고 동력을 공급받을 수 있다. 또는, 제 1 압력원 (16) 및 제 2 압력원 (20) 은 중력을 이용하는 압력뿐만 아니라 유압 또는 공압을 제공하도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로는, 제 1 압력원 (16) 및 제 2 압력원 (20) 은, 형성된 에멀젼 제품을 의도하는 또는 소정의 위치로 운반하기 위해 잔류 압력이 남도록, 연료 또는 연료 상 및 산화제 용액 상의 고압 운송을 각각 제공하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 제 1 압력원 (16) 및 제 2 압력원 (20) 은 소정의 압력 및 유속으로 연료 또는 연료 상 및 산화제 용액 상을 운송할 수 있는 기계적 펌프를 포함할 수 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 제 1 압력원 (16) 및 제 2 압력원 (20) 은 동일한 작용을 하는 공압 용기를 포함할 수 있다. 또 다른 예시적인 실시형태에서, 제 1 압력원 (16) 및 제 2 압력원 (20) 은 연료 또는 연료 상 및 산화제 연료 상이 높은 위치로부터 각각 배출되어 중력에 의해 운송되는 시스템을 포함할 수 있다. 또한, 중력 시스템은 소정의 압력과 유속으로 이들을 운송하도록 구성되는 것이 바람직하다. 소정의 압력은 최종 에멀젼 제품의 운반에 적절한 잔류 압력을 제공하기에 충분하다.
특히 제 1 압력원 (16) 및 제 2 압력원 (20) 은 에멀젼 폭약 또는 에멀젼 제 품을 형성하는 에멀젼 제조 또는 형성 시스템 (24) 에 연료 또는 연료 상 및 산화제 용액 상을 개별적으로 운송하도록 구성되어 있는데, 에멀젼 제품은 불연속 산화제 용액 상과 연속 연료 상을 포함한다. 에멀젼 제조 시스템 (24) 은 바람직하게는 비기계적 시스템이고, 이는 에멀젼 제조 시스템 (24) 을 구성하는 여러 부품 또는 시스템 중 어느 것도 기계 동역학을 이용하지 않음을 의미한다. 이는 에멀젼이 형성되는 동안 에멀젼은 기계적 입력을 받지 않는다는 점에서 유리하다. 에멀젼 제조 시스템 (24) 은, 연료 또는 연료 상을 산화제 용액 상과 혼합 또는 블렌딩하여 유화제가 존재하는 에멀젼을 형성하도록 되어 있는 1 이상의 블렌딩 시스템을 포함한다.
구체적으로, 본 발명은 바람직한 예시적인 일 실시형태에서 유화제를 포함하여 연료 상으로 존재하는 연료를 의도한다. 또한, 본 발명은 다른 예시적인 실시형태에서 유화제를 포함하지 않는 연료를 의도한다. 이 실시형태에서, 유화제는 에멀젼 제조 시스템에 직접 상류에서 도입되거나 또는 연료 (유화제가 존재하지 않는 연료 상이 아님) 가 산화제 용액 상에 충돌할 때 혼합실에 직접적으로 도입될 수 있다. 유화제의 초기 도입은 혼합실에 직접 공급되는 것을 포함하는 미리 결정된 임의의 위치 또는 이후에 혼합실에 향하게 되는 다른 위치에서 이루어질 수 있다. 이러한 또는 다른 실시형태에서, 에멀젼 제조 시스템은 유화제의 존재 하에서 연료를 산화제 용액 상과 혼합시켜 에멀젼을 형성하도록 구성되어 있다. 바람직한 방법은 연료 내에 유화제를 포함하여 연료가 연료 상으로서 존재하도록 하는 것이다. 따라서, 이하의 논의 대부분은 유화제가 연료 내에 포함 되어 연료가 연료 상인 실시형태에 대한 것이 될 것이다.
일단 유화제가 형성되면, 또는 심지어 제 1 상태로부터 운반될 수 있는 최종 제품 상태로 유화제가 형성되는 동안, 에멀젼은 에멀젼 정제 및 처리 시스템 (28) 에서 다양한 정제 및/또는 처리를 거치게 된다. 예컨대, 에멀젼은 그 안의 산소를 균형 잡기 위해 추가적인 산화제 용액 처리될 수 있고, 이 경우 산화제 용액 상이 쪼개어져 에멀젼의 형성을 단순화시킨다. 또한, 에멀젼은 전단변형 (shear) 되어 에멀젼을 농축시키고 (즉, 산화제 용액 상의 액적 (droplet) 크기를 감소시키고) 원하는 점성을 얻을 수 있다. 에멀젼은 에멀젼을 감도증대하기 위해 밀도 감소제와 같이 그 안에 도입된 미량 원소를 또한 가질 수 있다. 운반을 돕기 위해, 워터 링 (water ring) 이 에멀젼 주위에 놓일 수 있다. 실제로, 운반 전에 또는 운반 동안 에멀젼에 가해질 수 있는 많은 정제 및 처리가 존재한다. 여기서 언급되는 것 그리고 다른 것이 본 기술분야의 당업자에게 명백할 것이다.
에멀젼이 형성되어 최종 제품 상태로 된 후, 에멀젼은 무펌프 에멀젼 운반 시스템 (32) 에 의해 운반될 준비가 된다. 이하에서 구체적으로 기재하는 것처럼, 에멀젼 운반 시스템 (32) 은 에멀젼을 운반하기 위해 압력 및 유속을 이용하는 비기계적 시스템이고, 이 압력은 제 1 압력원 (16) 과 제 2 압력원 (20) 으로부터의 잔류 압력이다. 종래 관련 시스템과 달리, 본 발명의 운반 시스템 (32) 은 에멀젼을 소정의 위치까지 펌핑하거나 기계적으로 운반하기 위한 에멀젼 펌프, 유사하거나 동등한 기계적 시스템 또는 장치를 포함하지 않는다. 오히려, 이미 언급한 것처럼, 제 1 압력원 (16) 과 제 2 압력원 (20) 은 소정의 압력에서 상들을 운반하도록 되어 있고, 이 압력은 에멀젼 제조 시스템 (24) 이 에멀젼을 형성하거나 에멀젼 정제 및 처리 시스템 (28) 이 에멀젼을 정제하는데 알맞은 압력을 공급하거나 또는 이용가능하게 하도록 충분히 높다. 그리고, 에멀젼 제품을 운반하기 위해 몇몇의 종류의 기계적 입력을 제공하는 종래 관련 시스템과 달리, 본 발명은, 에멀젼 운반 시스템 (32) 이 부가적인 기계적 입력의 필요 없이 의도하는 소정의 위치까지 에멀젼을 운반하는데 알맞은 잔류 압력이 존재하도록, 충분히 높은 압력에서 시스템을 작동시킨다. 그러므로, 운반 시스템 (32) 은 에멀젼의 비기계적 운반을 제공하도록 되어 있고, 이는 이하에서 설명하는 것처럼 최종 에멀젼 제품을 의도하는 위치까지 운반하기 위해 1 이상의 펌프를 이용하는 종래 관련 기계적 운반 시스템에 비해 유리하다.
에멀젼 제조 및 운반 시스템 (10) 은 제 1 또는 연료 상 압력원 (16) 및 제 2 또는 산화제 용액 상 압력원 (20) 의 각각에서 초기 압력을 포함하도록 되어 있다. 이들 상이 운반되어 에멀젼을 형성하게 될 때, 시스템 내에서는 다양한 압력 강하가 발생한다. 에멀젼의 정제 및 처리 동안, 다른 압력 강하가 발생한다. 그러나, 상기 시스템 (10) 은 압력 강하가 운반 시스템 (32) 에 에멀젼을 공급하기 전에 압력을 소진하기에 충분하지 않도록 되어 있다. 달리 표현하면, 상기 시스템 (10) 은 충분한 양의 초기 압력을 가지므로, 운반 전에 발생하는 각각의 압력 강하 후에, 의도하는 소정의 위치까지 최종 에멀젼 제품을 운반하기에 충분한 잔류 압력이 남고, 이로써 운반 시스템을 여기서 규정한 무펌프 또는 비기계 적 운반 시스템으로 만들 수 있다. 운반 목적으로 운반 단계에서 잔류 압력을 제공하는 것은 최종 에멀젼 제품의 비기계적 압력 유발 운반을 가능하게 하고, 이는 또한 많은 종래 관련 시스템에서 일반적이었던 에멀젼 펌프 (예컨대 추진 공동형 펌프) 와 같은 기계적 운반 시스템 또는 장치를 불필요하게 한다. 에멀젼 펌프를 제거함으로써, 그러한 모든 펌프에 일반적으로 요구되는 대응 안전 운전정지 (shut down) 시스템이 또한 제거될 수 있다. 이들 부품이 제거됨으로써, 폭약 제품에 기계적 입력이 존재하지 않고, 따라서 폭약 에멀젼의 운반이 더욱 안전해진다. 그리고, 큰 비용 절감이 가능해진다.
본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따른 일반적인 에멀젼 제조 및 운반 시스템 (10) 을 나타내는 도 2 를 참조한다. 에멀젼 제조 및 운반 시스템 (10) 은 운반선 (42) 을 통해 연료 상 펌프 (16) 에 연료 상을 공급하도록 되어 있는 연료 상 저장소 (12) 와 유체 소통하는 연료 상 펌프 (16) 의 형태의 제 1 압력원을 포함한다. 산화제 용액 상 펌프 (20) 의 형태의 제 2 압력원이 운반선 (46) 을 통해 산화제 용액 상 펌프 (20) 에 산화제 용액 상을 공급하도록 되어 있는 산화제 용액 저장소 (14) 와 유체 소통한다. 각각의 펌프 (16, 20) 는 동력원 (2) 에 전기적으로, 공압으로, 또는 유압으로 연결되고 그 동력원에 의해 동력을 공급받을 수 있다.
연료 상 펌프 (16) 는 운반선 (58) 을 통해 연료 상을 소정의 압력으로 제 1 블렌딩 시스템 (66) 까지 운송하도록 되어 있다. 이와 유사하게, 산화제 상 펌프 (20) 는 운반선 (62) 을 통해 산화제 용액 상 중 적어도 일부를 또한 소정의 압 력으로 제 1 블렌딩 시스템 (66) 까지, 그리고 바람직하다면 운반선 (64) 을 통해 선택적인 제 2 블렌딩 시스템 (74) 까지 운송하도록 되어 있다. 실제로, 하나의 예시적인 시스템은 산화제 용액 상 (60/40) 을 분할하여, 40 % 를 제 1 블렌딩 시스템 (66) 으로 그리고 60 % 를 제 2 블렌딩 시스템 (74) 으로 운송한다. 물론, 분할되는 백분율은 시스템마다 다를 수 있으며, 실제로, 여기서 언급된 60/40 분할은 어떤 방식으로도 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다.
제 1 및 제 2 블렌딩 시스템 (66, 74) 은 산화제 용액 상을 연료 상과 혼합하여 에멀젼을 형성하도록 되어 있다. 제 1 블렌딩 시스템 (66) 은 비기계적으로 산화제 용액 상의 적어도 일부를 연료 상과 혼합하는 수단을 구비하고, 산화제 용액 상은 유화제의 존재 하에서 에멀젼을 형성하기에 충분한 힘으로 제 1 혼합실 내에서 연료 상과 충돌하게 된다. 이는 유리하게는 1 이상의 비기계적 수단을 이용하여 행해진다. 형성된 에멀젼은, 산화제 용액 상 중 단지 일부만이 연료 상과 혼합될 수 있으므로, 연료-농후 (fuel-rich) 예비혼합 에멀젼이다. 산화제 용액과 연료 상을 블렌딩하기 위한 비기계적 수단은 대향 노즐, 스태틱 믹서, 이들의 조합, 그리고 연료 상을 산화제 용액 상과 충돌 및 혼합시켜 연료-농후 에멀젼을 형성할 수 있는 다른 장치 또는 조립체를 포함할 수 있다. 이하에서, 이들 각각에 대해 더욱 상세히 설명한다. 본질적으로, 제 1 블렌딩 시스템 (66) 은 충분한 압력 (따라서 충분한 에너지) 을 제공하므로, 두 상이 서로 충돌할 때 에멀젼이 형성된다. 에멀젼 형성에 필요한 힘 또는 압력은 시스템 구성, 시스템 내에서 작동가능한 부품의 크기, 온도, 사용되는 유화제 등과 같은 여러 인자 에 의존한다. 일단 에멀젼이 형성되면, 운반될 수 있는 최종 에멀젼 제품을 얻기 위해 여러 정제 과정을 거칠 수 있다. 이하에서, 예시적인 여러 정제 과정에 대해서도 설명한다.
제 2 블렌딩 시스템 (74) 은 안에서 형성된 연료-농후 예비혼합 에멀젼을 수용하기 위해 제 1 블렌딩 시스템 (66) 과 유체 소통한다. 또한, 제 2 블렌딩 시스템 (74) 은 제 1 블렌딩 시스템 (66) 에 운송되지 않은 산화제 용액 상의 제 2 부분 또는 잔부를 수용하기 위해 산화제 용액 상 펌프 (20) 와 유체 소통한다. 그러므로, 제 2 블렌딩 시스템 (74) 은 연료-농후 예비혼합 에멀젼을 산화제 용액 상의 제 2 부분과 비기계적으로 블렌딩하는 수단을 구비하고, 연료-농후 예비혼합 에멀젼은 제 2 혼합실 내에서 충분한 힘과 에너지로 산화제 상의 제 2 부분과 충돌하게 되어, 제 1 블렌딩 시스템 (66) 에서 형성된 연료-농후 에멀젼보다 더 산소-균형잡힌 에멀젼을 형성한다. 마찬가지로, 연료-농후 예비혼합 에멀젼을 산화제 용액의 제 2 부분과 블렌딩하는 비기계적 수단은 대향 노즐, 스태틱 믹서, 이들의 조합 그리고 다른 장치 또는 조립체를 포함한다.
제 1 및 제 2 블렌딩 시스템 (66, 74) 은 종래 관련 시스템에서 사용되던 일반적인 블렌딩 시스템 또는 장치 (본질적으로 기계적임) 와 상이하다. 오히려, 본 발명의 블렌딩 시스템은 비기계적이고, 보다 구체적으로는, 고압 하에서 연료 및 산화제 용액 상을 수용할 수 있고, 또 연료 상을 산화제 용액 상에 충돌시켜 에멀젼을 형성하고, 압력원에 의해 제공된 시스템 내 압력만을 이용하여 그 에멀젼을 산화제 용액 상의 잔부에 충돌시킬 수 있는 시스템이다. 그리고, 블렌딩 시스 템 (66, 74) 의 구성에 따라서, 다양한 연료 및 산화제 용액 상들의 상호 충돌 또는 연료-농후 에멀젼의 잔류 산화제 용액 상과의 충돌이 직접적 (서로 직선상으로 또는 약간 비스듬히 대향 배치된 노즐의 경우 등) 이거나 간접적 (들어오는 재료가 1 이상의 면에서 벗어나게 되는 스태틱 믹서 또는 스태틱 믹서와 노즐 조합의 경우 등) 일 수 있다. 그리고, 이들 각각에 대해서도 이하에서 더욱 상세히 설명한다.
제조 단계 동안 몇몇 지점에서, 에멀젼은 정제 또는 처리되어, 운반 준비된 더 적절한 에멀젼 제품을 얻을 수 있다. 정제 및 처리 시스템 (28) 은 에멀젼의 필요한 정제를 행하는 기능을 한다. 볼 수 있는 것처럼, 에멀젼은 (가상 선으로 나타낸) 제 2 블렌딩 시스템 (74) 에서 또는 개별 시스템에서 부분적으로 정제될 수 있다. 여기서 정제 과정의 예를 검토한다.
운반 시스템 (32) 은 보어홀과 같은 소정의 위치까지 또는 공장 내에서 에멀젼을 운반하기 위해 제 1 및 제 2 압력원으로부터 상기 시스템 내에 남아 있는 잔류 압력을 이용하도록 구성되어 있다. 여기서, 시스템 내 잔류 압력을 이용하여 최종 에멀젼 제품을 의도하는 위치까지 비기계적으로 운송 또는 운반할 수 있는 임의의 시스템을 생각할 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따른 특정 현장 에멀젼 제조 및 운반 시스템 (210) 을 나타내는 도 3 및 도 4 를 참조한다. 이 특정 실시형태에서 도시된 다양한 부품은 형성된 폭약 에멀젼을 현장에서 소정의 위치까지 제조 및 운반할 수 있는 트럭 또는 다른 차량 내에 수용되고 지지될 수 있다.
나타낸 것처럼, 산화제 용액 상이 산화제 용액 상 저장소 (214) 로부터 산화제 용액 펌프 (220) 에 공급되는데, 이 펌프는 기계적 펌프로서 도시되어 있다. 산화제 용액 상은 산화제 용액 펌프 (220) 에 들어가기 전에 필터 (240) 를 통과한다. 산화제 용액 펌프 (220) 는 산화제 용액 상의 적어도 일부를 고압으로 에멀젼 제조 시스템 (224), 구체적으로는 그 시스템에 위치된 제 1 노즐 (272) 에 운송하는 기능을 한다. 도시된 예시적인 실시형태에서, 산화제 용액 상은 분리 또는 분할되어, 일부는 제 1 노즐 (272) 로 운송되고 다른 일부는 에멀젼 제조 과정의 이후 단계에서의 사용을 위해 (이에 대해서는 후술함) 제 4 노즐 (314) 로 운송된다. 분할 백분율은 시스템마다 다를 수 있지만, 일반적으로 40 ∼ 60 % 가 먼저 제 1 노즐 (272) 로 가고 나머지 40 ∼ 60 % 가 제 4 노즐 (314) 로 운송될 수 있다. 바람직한 분할은 40 %가 제 1 노즐 (272) 에 운송되고 나머지 60 % 가 제 4 노즐 (314) 에 운송되는 것이다. 산화제 용액 상의 분할 또는 분리는, 연료와 산화제 용액 상으로부터 에멀젼의 급속한 형성을 촉진한다. 그러나, 산화제 용액 상의 분할이 필수적인 것은 아니다. 연료 상을 산화제 용액 상 전부와 동시에 충돌시킴으로써 에멀젼을 형성하는 몇몇 시스템을 생각할 수 있다.
연료 상 저장소 (212) 로부터 또한 기계적 펌프로 도시되어 있는 연료 상 펌프 (216) 에 연료 상이 공급된다. 상기한 것처럼, 바람직한 예시적인 일 실시형태에서, 연료는 유화제를 포함하고, 따라서 연료 상이다. 다른 예시적인 실시형태에서, 연료는 유화제를 포함하지 않고, 대신 직접 도입되는 유화제와 혼합된다. 연료 상은 연료 상 펌프 (216) 에 들어가기 전에 필터 (274) 를 통과한다. 연료 상 펌프 (216) 는 연료 상을 에멀젼 제조 시스템 (224), 구체적으로는 그 시스템에 위치된 제 2 노즐 (280) 에 운송하는 기능을 한다. 나타낸 것처럼, 제 1 및 제 2 노즐 (272, 280) 은 서로에 대해 대향 배치된 위치로 배향되어, 제 1 노즐 (272) 에서 나온 산화제 용액 상이 바람직하게는 제 1 혼합실 (284) 로 나타낸 혼합실 내에서 제 2 노즐 (280) 에서 나온 연료 상과 충돌하게 된다. 다시 말해, 제 1 및 제 2 노즐 (272, 280) 은 산화제 용액 상이 연료 상과 충돌하도록 배향되어 있다. 제 1 및 제 2 노즐 (272, 280) 은 고정자 또는 그 안에 위치된 스태틱 믹서를 포함할 수도 있고 또는 포함하지 않을 수도 있다.
산화제 용액 펌프 (220) 는, 산화제 용액 상을 제 1 노즐 (272) 에서 충분히 높은 속도로 나오게 하여, 유화제의 존재 하에서 연료 상에 충돌할 때, 충분한 힘과 압력 (따라서 충분한 에너지) 을 가져서, 예비혼합 연료-농후 에멀젼을 형성하도록, 산화제 용액 상을 소정의 압력 및 속도 또는 유속으로 운송하도록 되어 있다. 에멀젼을 형성하는데 필요한 에너지는 운송되는 두 상의 속도로부터 얻어질 수 있다. 또한, 연료 상 펌프 (216) 는 소정의 압력과 속도 또는 유속으로 연료 상을 운송하도록 되어 있다. 따라서, 두 상의 속도는 혼합시 에멀젼을 형성하는데 요구되는 에너지를 생성하기에 충분해야 한다. 산화제 용액 상의 속도는 일반적으로 연료 상의 속도보다 훨씬 더 크다. 이러한 특정 실시형태의 연료-농후 예비혼합 에멀젼은 비기계적으로 형성되고, 이는 블렌더와 같은 기계적 시스템 또는 장치로부터 부가적인 입력이 없음을 의미한다.
제 1 및 제 2 노즐 (272, 280) 각각으로부터의 산화제 용액과 연료 상의 유 출 및 서로 충돌시 형성되는 에멀젼은 대개 비정제된 상태, 또는 오히려 예비혼합 상태이고, 산화제 용액 상과 혼합되는 연료 상의 더 높은 농도로 인해 연료-농후 또는 높은 연료 농도의 에멀젼이다. 그러나, 본 기술분야의 당업자가 인식하고 위에서 언급한 것처럼, 산화제 용액 상은 에멀젼을 형성하기 위해 연료 상과 충돌하기 전에 반드시 분할되어야 하는 것은 아니다. 실제로, 에멀젼은 실질적으로 운반 준비된 에멀젼을 형성하기 위해 100 % 산화제 용액을 연료 상에 충돌시키거나 또는 연료 상과 혼합시킴으로써 형성될 수 있다.
형성시, 연료-농후 예비혼합 에멀젼은, 산화제 용액 및 연료 상 펌프 (216, 220) 로부터 시스템 내에서 이용가능한 에너지를 이용하여, 제 1 혼합실 (284) 로부터 제 3 노즐 (290) 을 통과하도록 강요되는데, 제 3 노즐은 제 1 노즐 (272) 과 제 2 노즐 (280) 에 수직하고 제 1 혼합실 (284) 및/또는 제 1 및 제 2 노즐 (272, 280) 과 유체 소통한다. 여기서, 에멀젼의 제조 및 운반에 사용되는 시스템 내에서 존재하는 압력과 에너지는 산화제 용액 및 연료 상 펌프 (216, 220) 에 의해 제공된다. 다시 말해, 펌프 (216, 220) 는 에멀젼 제품을 제조하기 위해 에멀젼의 정제를 촉진할 뿐만 아니라, 에멀젼을 형성하는데 사용되는 제품을 운송하는데 시스템에서 필요한 압력 또는 에너지 전부를 제공하도록 되어 있다. 압력은 제조 및 정제 시스템 (224, 228) 을 통한 여러 처리 단계 모두를 행하기에 충분하도록 미리 결정된다. 제조 및 정제 과정의 다양한 단계에서 다양한 압력 강하가 발생하지만, 펌프는 이를 책임지고 또 모든 제조 및 정제 또는 처리 단계가 완료된 후 에멀젼을 운반하기에 충분한 잔류 압력을 제공하도록 되어 있다. 이 잔류 압력은 에멀젼을 보어홀 아래와 같이 의도하는 위치로 운반하는 비기계적 수단을 제공하는 기능을 한다.
연료-농후 에멀젼이 제 3 노즐 (290) 을 통해 운송되면, 이 에멀젼은 제 2 혼합실 (318) 에 들어가게 된다. 제 3 노즐 (290) 은, 에멀젼에 전단변형 (shear) 을 도입하여 에멀젼을 약간 농축 및 정제하는 스태틱 믹서 또는 다른 종류의 구성을 구비할 수 있다. 산화제 용액 상의 초기 부분에서 분할된 산화제 용액 상의 잔부를, 연료-농후 에멀젼과 충돌하게 되는 제 2 혼합실 (318) 내로 운송하는 제 4 노즐 (314) 이 제 3 노즐 (290) 에 대향 배치되어 있다. 다시 말해, 연료-농후 에멀젼은 제 2 혼합실 (318) 내에서 산화제 용액 상의 잔부와 충돌하게 된다. 이와 유사하게, 산화제 용액 상의 제 2 부분 또는 잔부 및 연료-농후 에멀젼은 충분한 압력과 에너지로 운송되고, 그 결과 제 2 혼합실 (318) 내에서 서로 충돌하면, 더 산소-균형잡힌 에멀젼이 형성된다.
연료-농후 에멀젼과 잔류 산화제 용액 상이 제 2 혼합실 (318) 내에서 서로 충돌한 후, 더 산소-균형잡힌 에멀젼은 제 2 혼합실로부터 나와서 정제 및 처리 시스템 (228) 에 들어가게 될 수 있다. 더욱 구체적으로는, 정제의 초기 단계는 더 산소-균형잡힌 에멀젼을 에멀전의 농축, 안정화 그리고 점성의 증가 또는 조절과 같은 다른 정제 목적을 위한 다양한 노즐에 통과시키는 것을 포함한다. 그러나, 에멀젼을 형성하기 위해 사용되는 시스템의 구성에 따라, 다른 정제는 필요할 수도 있고 필요하지 않을 수도 있다. 실제로, 에멀젼을 형성하기 위해 사용되는 부품 및 시스템 파라미터는 부가적인 정제 필요 없이 운반 준비된 최종 에멀 젼 제품을 제조할 수 있다.
예시적인 일 실시형태에서, 제 5 노즐 (322) 은 포함될 수 있고 또 제 3 및 제 4 노즐 (290, 314) 에 수직으로 배향될 수 있다. 더 산소-균형잡힌 에멀젼은 제 5 노즐 (322) 을 통과하게 될 수 있으며, 이때 에멀젼은 약간 농축되고 점성이 증가하게 된다. 나타낸 실시형태에서, 제 5 노즐 (322) 은 에멀젼에 부가적인 전단변형을 도입하기 위해 스태틱 믹서를 포함한다. 정제 및 처리 시스템 (228) 의 다른 정제 및 처리 과정을 이하에서 설명한다.
다른 예시적인 실시형태에서, 에멀젼은, 제 5 노즐 (322) 을 통과한 후, 점도 조절기 또는 전단 밸브 (330) (버커트 밸브 등) 에 도입 또는 운송될 수 있다. 전단 밸브 (330) 의 목적은 에멀젼의 최종 정제를 행하여, 의도하는 폭약 기능을 수행하기 위해 운반 준비된 최종 에멀젼 제품 또는 에멀젼 폭약을 형성하는 것이다. 전단 밸브 (330) 는 원하는 점성을 얻기에 충분한 시간 동안 에멀젼에 추가적인 전단변형을 도입하도록 되어 있다. 본 기술분야의 당업자가 생각할 수 있는 것처럼, 형성된 에멀젼을 정제하고 또 최종 에멀젼 제품을 형성하기 위해, 전단 밸브 이외의 다른 종류의 시스템, 밸브 또는 장치가 사용될 수 있다. 예컨대, 전단 밸브는 스태틱 믹서 구성을 포함하는 일련의 노즐 (상이한 크기 또는 구성을 갖거나 또는 갖지 않을 수 있음) 로 대체될 수 있다.
다른 처리 단계와 마찬가지로, 필요하다면, 시스템 내에 존재하는 압력을 이용하여 에멀젼은 제 5 노즐 (322) 에서 나와 전단 밸브 (330) 에 들어간 후 그 밸브를 통과하게 될 수 있다. 다시 말해, 전단 밸브 (330) 를 통해 에멀젼을 이 동 또는 운송하는데 기계적 입력이 요구되지 않는다.
전단 밸브 (330) 를 나온 후, 에멀젼 제품은 운반 시스템 (234) 에 의해 운반 준비된 상태이다. 나타낸 실시형태에서, 운반 시스템 (234) 은 운반선을 통해 전단 밸브 (330) 와 유체 소통하는 운반 호스 (346) 를 포함한다. 운반 호스 (346) 는 에멀젼 제품을 의도하는 또는 소정의 위치 (보어홀, 패키지, 또는 리셉터클 등) 까지 운반할 수 있도록 개구 (350) 와 충분한 길이를 포함한다. 운반 호스는 트럭 등 (도시 안 됨) 의 지지체에 설치된 호스 릴 (354) 에 의해 지지되는데, 이 지지체는 운반 호스 (346) 를 감고 풀기 위해 회전되는 호스 릴 (354) 을 제공하도록 되어 있다. 호스 릴 (354) 을 회전시키기 위해 공통 크랭크 (356) 가 이용될 수 있다.
위에서 언급한 것처럼, 운반 시스템 (234) 이 에멀젼 제품을 의도하는 위치까지 운반하기 위해 시스템 내에 존재하는 잔류 압력을 이용하는 것이 유리하다. 운반시 이용될 수 있는 잔류 압력의 양은 시스템 제약, 압력원 또는 연료와 산화제 용액 상을 공급하는 펌프 내의 초기 압력, 그리고 운반 전에 시스템 내에서 발생하는 압력 강하의 횟수에 의존한다. 본질적으로, 시스템은 잔류 압력이 남도록 하려는 것이다. 그러한 경우, 압력은 제조 및 정제 과정 동안 소진되지 않는다. 나타낸 실시형태에서, 산화제 용액 상 펌프 (220) 의 초기 압력 출력은 300 ∼ 500 psig 이다. 연료 상 펌프 (216) 의 초기 압력 출력은 300 ∼ 500 psig 이다. 에멀젼의 제조 및 정제에서의 작업으로 인한 모든 압력 강하 후, 잔류 압력은 50 ∼ 250 psig 이며, 이는 운반 호스 (346) 를 통해 보어홀 아래 필 요한 거리만큼 최종 에멀젼 제품을 운반하기에 충분하다. 바람직한 실시형태에서, 연료 상 및 산화제 용액 상은 약 350 psig 으로 빠르게 이동한다. 압력은 시스템 내에서 총 200 ∼ 250 psig 강하하므로, 에멀젼 제품을 운반하는데 이용할 수 있는 유용한 잔류 압력 100 ∼ 150 psig 가 존재한다.
도 3 은 부가적인 정제 및 처리 시스템을 또한 보여준다. 예컨대, 제 5 노즐 (322) 을 나온 후 그리고 전단 밸브 (330) 에 운송되기 전, 에멀젼은 폭약으로서 감도증대될 수 있다. 이러한 처리 단계에서, 밀도 감소제가 시스템 내에 도입되어, 에멀젼의 밀도를 감소시키고, 에멀젼 내에 버블을 형성하여 감도를 증가시킨다. 제 5 노즐 (322) 의 하류에 위치된 분사기 (388) 에 밀도 감소제를 운송하도록 되어 있는 펌프 (380) 가 제공될 수 있다. 분사기 (388) 는 제 5 노즐 (322) 에서 나온 에멀젼에 밀도 감소제를 주입하는 기능을 한다. 전단 밸브 (330) 에 운송되기 전에 밀도 감소제를 에멀젼과 혼합하기 위해 제 6 노즐 (392) 이 이용된다. 제 6 노즐 (392) 은 밀도 감소제를 에멀젼과 혼합하기 위해 스태틱 믹서를 포함한다. 에멀젼을 감도증대시키기 위해서 밀도 감소제를 에멀젼과 혼합하도록 다양한 종류와 구성의 믹서가 사용될 수 있다. 어떤 경우에도, 밀도 감소제의 기능은 작은 가스 버블을 내부에 형성시킴으로써 폭약으로서 에멀젼의 감도를 증대시키는 것이다.
예시적인 일 실시형태에서, 밀도 감소제는 화학적 가스발생제 (gassing agent) 형태의 미량 원소 또는 다양한 화학적 가스발생제를 포함하는데, 화학적 가스발생제 각각은 일단 에멀젼 내부에 주입되면 에멀젼과 반응하여 에멀젼 내에 작 은 버블을 형성하도록 되어 있다. 화학적 가스발생제의 예로는 질화물, 과산화물 그리고 탄산염이 있고, 이에 국한되지 않는다.
다른 예시적인 실시형태에서, 밀도 감소제는 압축 가스를 포함한다. 압축 가스가 에멀젼 내에 도입되어, 에멀젼 내에 버블을 도입하는 기능을 한다. 압축 가스의 예로는 질소, 헬륨, 아르곤과 공기가 있고, 이에 국한되지 않는다.
이상의 내용에서, 밀도 감소제는 제 5 노즐 (322) 로부터 하류에 도입된다. 본 발명은 다른 주입 위치를 포함한다. 구체적으로는, 밀도 감소제는 제 6 노즐 (392) 의 필요성을 제거하기 위한 위치에서 주입될 수 있다. 예컨대, 나타낸 것처럼, 펌프 (380) 는 제 4 노즐 (314) 을 통해 제 2 혼합실 (318) 안으로 운송되기 전에 제 2 또는 잔류 산화제 용액 스트림에 밀도 감소제를 주입하도록 구성될 수 있다. 또는, 밀도 감소제는 연료 상 전부가 산화제 용액 상의 적어도 일부와 결합하게 되는 제 1 혼합실 (284) 에 직접 주입될 수 있다. 이러한 경우, 밀도 감소제는 형성 및 정제 단계 동안 에멀젼과 혼합될 것이다. 에멀젼의 밀도를 효과적으로 감소시키기에 다른 위치가 적합할 수 있다. 밀도 감소제를 시스템 내에 분사하는데 사용되는 하나의 특정 종류의 분사기는 스테인리스 강 소결 배기 머플러를 포함할 수 있다. 그리고, 공기의 유속을 조절하여 스패터 (spatter) 양을 최소화할 수 있다.
도 3 은 운반 전에 에멀젼 제품 주위에 워터 링을 위치시키는 물 분사기 (410) 를 또한 보여준다. 물 분사기 (410) 는 물 공급원 (402) 으로부터 물을 받기 위해 물 공급원과 유체 소통하고, 또한 이 물은 체크 밸브 (406) 를 통과할 수 있다. 물 분사기 (410) 는 전단 밸브 (330) 로부터 하류에 그리고 에멀젼 제품이 운반 시스템 (234) 에 들어가기 바로 전에 위치되어 있다. 워터링은 본 기술분야에서 통상적으로 이해되는 보어홀 아래와 같이 의도하는 위치까지 에멀젼 제품을 운반하는 것을 보조하기 위해 이용된다.
에멀젼 제조 및 운반 시스템 (210) 은 시스템 내 활동도를 제어 및 모니터링하기 위해 다양한 밸브, 계량기와 게이지를 포함한다. 예컨대, 산화제 용액 펌프 (220) 를 제 1 노즐 (272) 에 유체 연결하는 운반선에는, 릴리프 밸브 (244), 유량계 (248), 압력 게이지/변환기 (252), 글로브 (globe) 밸브 (260) 및 체크 밸브 (268) 가 존재한다. 이들 각각은 에멀젼의 제조 및 운반에 있어서 시스템 작동을 보조하는 기능을 한다. 산화제 용액 펌프 (220) 를 제 4 노즐 (314) 에 유체 연결하는 운반선에는, 이들 동일한 부품 중 다수와, 글로브 밸브 (294), 유량계 (302) 및 체크 밸브 (310) 가 존재한다. 또한, 압력 게이지/변환기 (334) 와 3방향 볼 밸브 (342) 와 같이 유사한 성분이 전단 밸브 (330) 와 운반 시스템 (234) 사이에 위치될 수 있다. 다른 종류의 밸브, 시스템 등이 본 기술분야의 당업자가 인식할 수 있는 것처럼 상기 시스템에 구비되거나 포함될 수 있다.
예시적인 일 실시형태에 따라 본 발명의 시스템에 사용될 수 있는 노즐의 세부 단면도를 보여주는 도 5 를 참조한다. 위에서 기재한 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 노즐은 도 5 에 나타낸 노즐과 유사한 구성일 수 있다. 나타낸 것처럼, 노즐 (418) 은 중앙 보어 (420) 및 에멀젼이 나오게 되는 작은 직경의 개구 (424) 를 포함한다. 중앙 보어 (420) 에는, 에멀젼을 회전시키고 에멀젼이 노즐 개구 (424) 로부터 나가기 전에 에멀젼에 전단변형을 도입하는 스태틱 믹서 (432) 가 포함된다. 또한, 노즐 (418) 은, 개구 (424) 가 혼합실 내부를 향한 상태에서 지지 구조체에 삽입되는 노즐 (418) 이 제 위치에 고정될 수 있도록 외부 표면 전부 또는 일부에 형성된 나사부 (428) 를 포함할 수 있다.
본 기술분야의 당업자가 인식할 수 있는 것처럼, 상기한 노즐은 시스템 내 노즐의 위치, 여러 상들의 바람직한 유속, 또는 노즐을 통화하는 형성된 에멀젼에 따라 크기 및 구성에 있어서 변할 수 있다. 그리고, 노즐은 스태틱 믹서를 포함하지 않도록 구성될 수 있다.
본 발명은 연료와 산화제 용액 상을 혼합하여 에멀젼을 형성하기 위해 그리고 형성된 혼합물을 정제하기 위해 다른 종류의 비기계적 혼합 및/또는 블렌딩 수단을 포함한다. 예컨대, 2 개의 대향 노즐 대신, 일 특정 실시형태는 스태틱 믹서를 포함할 수 있고, 연료 및 산화제 용액 상은 동시에 들어가게 되고, 스태틱 믹서는 이들 두 상으로부터 에멀젼을 형성하는 기능을 한다. 이 실시형태에서, 위에서 설명한 제 5 및 제 6 노즐과 같은 다양한 정제 노즐을 대신하기 위해, 스태틱 믹서가 사용될 수 있다. 노즐을 이용하여 에멀젼을 정제하는 대신, 1 이상의 스태틱 믹서를 이용하여 에멀젼을 정제할 수 있다.
다른 실시형태는 노즐 및 스태틱 믹서 조합을 포함할 수 있다. 그러한 실시형태에서, 연료 및 산화제 용액 상은 함께 혼합되어 노즐을 통해 공급될 수 있다. 노즐은 스태틱 믹서 내로 혼합된 상을 주입할 수 있다. 이 경우, 함께 혼합되어 있지만, 연료 및 산화제 용액 상은 스태틱 믹서에 들어가기 전에 에멀젼 을 형성하기에 충분히 또는 충분한 에너지로 혼합되지 않는다.
또 다른 예시적인 실시형태에서, 산화제 용액 및 연료 상은 혼합실 내에서 지지되어 있는 1 이상의 편향 플레이트를 향하는 개별 노즐을 통해 공급될 수 있고, 이 경우 산화제 용액 및 연료 상은 서로 직접 충돌하지 않고, 대신 서로 간접적으로 충돌한다. 편향 플레이트는 에멀젼을 형성하는데 필요한 임의의 개수와 임의의 구성을 포함할 수 있다.
도 6 은 각 단계에서 예시적인 시스템 내 압력의 양과 에멀젼 제품의 운반 바로 전에 존재하는 잔류 압력을 나타내는 그래프이다. 도시된 것처럼, 시스템 내 초기압력은 다양한 산화제 용액 및 연료 상을 운송하는 압력원에 의해 제공되는 것처럼 약 500 psig 이다. 에멀젼이 제조되고 정제됨에 따라, 압력에 여러 번의 변화, 구체적으로는 여러 번의 압력 강하가 존재한다. 그러나, 초기 압력은 모든 제조 및/또는 정제 단계가 끝난 후 그리고 에멀젼 제품의 운반 바로 전에 약 100 psig 의 잔류 압력 (462) 을 제공하기에 충분하도록 되어 있다. 첫 번째 큰 압력 강하 (450) 는 산화제 용액 상이 연료 상과 혼합되어 연료-농후 에멀젼을 형성하는 제 1 블렌딩 시스템 내에서 발생한다. 두 번째 큰 압력 강하 (454) 는 연료-농후 에멀젼이 산화제 용액 상의 제 2 부분 또는 잔부와 혼합되어 더 산소-균형잡힌 에멀젼을 형성하는 제 2 블렌딩 시스템 내에서 발생한다. 다른 압력 강하 (압력 강하 (458) 등) 는 원하는 점성을 얻기 위해 전단 밸브를 통과할 때와 같이 에멀젼의 정제 동안 발생한다. 도 6 의 그래프는 에멀젼이 형성 및/또는 정제됨에 따라 시간 경과에 따른 압력 강하를 보여주기 위한 것이다. 실제로, 여기서 나타낸 압력 변화 외에 추가적인 압력 변화가 존재할 수 있다. 예컨대, 에멀젼의 밀도를 낮추기 위해 에멀젼을 압축 가스로 처리하는 때, 압력 변화가 발생할 수 있다.
다음의 예는 본 발명의 방법 및 시스템을 이용하여 에멀젼을 제조하고 운반하기 위해 행해진 실험을 보여준다. 이 예는 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니고, 그렇게 해석되어서는 안 된다.
예 1
에멀젼 폭약 조성물을 1 분당 500 파운드 (500 lbs/min) 로 형성하였다. 유화제를 갖는 연료 상을 제 1 노즐을 통해 1 분당 30 파운드 (30 lbs/min) 의 유속으로 펌핑하였다. 산화제 용액 상 중 일부를 Waukesha 산화제 용액 펌프를 사용하여 제 2 노즐을 통해 1 분당 235 파운드 (235 lbs/min) 의 유속으로 펌핑하였다. 산화제 용액 상을 분할하여, 더욱 신속하고 효과적으로 에멀젼을 형성하였다. 제 1 및 제 2 노즐을 서로에 대해 대향 배치 위치로 두어, 노즐의 출구 또는 노즐 개구가 서로 직접 마주보도록 하였다. 연료 상 및 산화제 용액 상 펌프 각각의 초기 압력은 유화제가 포함된 연료 상을 혼합실 내에서 산화제 용액 상의 일부와 충돌하게 하여, 높은 연료 또는 연료-농후 에멀젼을 형성하였다. 그리고 나서, 높은 연료 에멀젼 블렌드를 제 1 및 제 2 노즐에 수직으로 배향된 제 3 노즐을 통과하게 하였다. 제 4 노즐을 제 3 노즐에 대해 대향 위치로 배향하여, 제 3 노즐을 통과한 정제된 높은 연료 에멀젼이 제 4 노즐을 통과한 산화제 용액 상의 제 2 부분과 충돌하게 하였다. 산화제 용액 상의 제 2 부분은 제 4 노 즐을 통해 1 분당 235 파운드 (235 lbs/min) 로 펌핑된다. 그리고 나서, 얻어지는 더 산소-균형잡힌 에멀젼을, 농축 (thickening) 에 의해 에멀젼을 정제하기 위해, 제 3 및 제 4 노즐에 수직으로 배향된 제 5 노즐에 통과시킨다. 제 5 노즐을 나오는 제품은 에멀젼 폭약을 포함한다. 이 위치에서의 에멀젼은 85 ℃ 에서 6500 cP (50 rpm 에서 #6 스핀들) 의 점성을 가짐이 밝혀졌다. 다음으로, 에멀젼을 점도 조절 기구 또는 전단 밸브 (예컨대, 버커트 밸브) 로 보내는데, 이는 제 5 노즐과 직렬로 그리고 바로 다음에 그리고 병렬로 위치되어 있다. 점도 조절 기구는 에멀젼을 원하는 점성까지 농축하는 기능을 하고, 여기서 에멀젼은 운반 준비 상태가 된다.
예 2
예 2 는 예 1 과 유사하다. 그러나, 상기한 예의 노즐과 유속은 500 lbs/min 으로부터 1 분당 200 파운드 (200 lbs/min) 의 유속이 얻어지도록 크기를 줄였다. 그리고, 유화제를 갖는 연료 상을 제 1 노즐을 통해 기어 펌프를 사용하여 펌핑하였다. 산화제 용액 상을 제 2 노즐을 통해 고압 다이어프램 (diaphragm) 펌프를 사용하여 펌핑하였다. 일반적인 연료 상 펌프를 기어 펌프로 대체하여, 약 500 psig 까지의 압력에서 필요한 유속을 얻었다. 또한, 고압 다이어프램 펌프로 Waukesha 산화제 용액 펌프를 대체하면, 이러한 높은 압력에서 원하는 유량을 운반하는 능력이 제공된다.
그리고, 제 1 및 제 2 노즐을 서로에 대해 대향 배치 위치로 두어, 노즐의 출구가 서로 직접 마주보도록 하였다. 연료 상 및 산화제 용액 상 펌프 각각의 초기 압력은 유화제가 포함된 연료 상을 혼합실 내에서 산화제 용액 상 중 적어도 일부와 충돌하게 하여, 높은 연료 또는 연료-농후 에멀젼을 형성하였다. 그리고 나서, 높은 연료 에멀젼 블렌드를 제 1 및 제 2 노즐에 수직으로 배향된 제 3 노즐을 통과하게 하였다. 제 4 노즐을 제 3 노즐에 대해 대향 위치로 배향하여, 제 3 노즐을 통과한 정제된 높은 연료 에멀젼이 제 4 노즐을 통과한 산화제 용액 상의 제 2 부분과 충돌하게 하였다. 그리고 나서, 얻어진 에멀젼을, 여기서 설명하는 것처럼 이후 정제 목적으로 제 3 및 제 4 노즐에 수직으로 배향된 제 5 노즐에 통과시킨다. 제 5 노즐을 나오는 제품은 최종 에멀젼 제품 형태 또는 에멀젼 폭약을 포함한다. 이 위치에서의 에멀젼은 85 ℃ 에서 6500 cP (50 rpm 에서 #6 스핀들) 의 점성을 가짐이 밝혀졌다. 다음으로, 에멀젼을 점도 조절 기구 또는 전단 밸브 (예컨대, 버커트 밸브) 로 보내는데, 이는 제 5 노즐과 직렬로 그리고 바로 다음에 그리고 병렬로 위치되어 있다. 점도 조절 기구는 에멀젼을 원하는 점성까지 농축하는 기능을 한다.
높은 압력은 에멀젼이 제조 및 정제된 후 그리고 운반되기 바로 전에 잔류 압력을 형성시킨다. 그러므로, 에멀젼을 보어홀에 운반하기 위해 사용되는 운반 시스템은 에멀젼을 보어홀 아래로 운송하는데 이용가능한 잔류 압력을 이용하는 압력 운반 시스템이다.
아래의 표는 시스템 파라미터를 보여주는데, 예 2 에 기재된 실험을 행하여 얻은 결과이다.
Figure 112008032439799-PCT00001
60 psi 에서의 점성은 20 rpm 에서 #7 이고, 모든 인라인 (inline) 압력은 +/- 10 psi 이며, 산화제 용액은 제 1 스트림과 제 2 스트림의 2 개의 스트림으로 분할되었는데, 제 1 스트림은 40 % 그리고 제 2 스트림은 60 % 를 차지하였다.
이상의 상세한 설명은 특정한 예시적인 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명하였다. 그러나, 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다. 상세한 설명 및 첨부 도면은 제한적인 것이 아니라 단지 설명을 위한 것으로 간주되어야 하며, 그러한 수정 또는 변형 모두는 여기서 설명한 본 발명의 범위 내에 포함되는 것이다.
보다 구체적으로는, 여기서 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하였지만, 본 발명은 이 실시형태로 국한되지 않고, 본 기술분야의 당업자가 상기한 상세한 설명에 기초하여 생각할 수 있는 수정, 생략, 조합 (예컨대, 다양한 실시형태의 특징들의 조합), 변형 및/또는 교체를 갖는 임의의 모든 실시형태를 포함한다. 청구범위의 기재는 청구항에 사용된 표현에 기초하여 넓게 해석되어야 하고, 상기한 상세한 설명 또는 출원 과정 동안 설명된 예 (이러한 예는 배타적이지 않은 것으로 해석되어야 함) 로 제한되어서는 안 된다. 예컨대, 본 명세서에서, "바람직하게는"이라는 용어는 "바람직하게는 (그러나 이에 국한되지 않음)"을 의미하는 것으로서, 배타적인 것이 아니다. 방법 청구항에 기재된 모든 단계는 임의의 순서로 실행될 수 있으며, 청구항에 기재된 순서로 국한되지 않는다. 수단-플러스-기능 또는 단계-플러스-기능 기재는 특정 청구항 기재에 있어서 단지 a) "∼하는 수단" 또는 "∼하는 단계"라는 기재가 있고, b) 대응하는 기능의 기재가 있으며, c) 구조를 지지하는 구조, 재질 또는 작용의 기재가 있는 경우 채용될 것이다. 따라서, 본 발명이 범위는 상기한 설명 및 예에 의하는 것보다 오히려 첨부된 청구범위와 법적 균등물에 의해서만 결정되어야 한다.

Claims (41)

  1. 불연속 산화제 용액 상, 연속 연료 상, 및 유화제를 갖는 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법으로서,
    에멀젼 제조 시스템을 제공하는 단계;
    상기 에멀젼 제조 시스템에 산화제 용액 상을 소정의 압력으로 운송하는 단계;
    상기 에멀젼 제조 시스템에 연료를 소정의 압력으로 운송하는 단계;
    에멀젼 폭약의 형성 후 이용가능한 잔류 압력을 제공하도록 상기 소정의 압력 중 단지 일부만을 이용하여, 상기 산화제 용액 상, 상기 연료, 및 유화제로부터 에멀젼 폭약을 형성하는 단계; 및
    상기 잔류 압력을 이용하여 상기 에멀젼 폭약을 소정의 위치까지 비기계적으로 운반하는 단계를 포함하는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연료는 연료 상을 포함하고, 상기 유화제는 상기 연료 내에 포함되고 상기 연료를 통해 상기 에멀젼 제조 시스템 내에 도입되는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유화제는 상기 연료 및 상기 산화제 용액 상과 혼합되도록 소정의 위치에서 상기 에멀젼 제조 시스템 내에 직접 공급되는, 에멀젼 폭 약의 제조 및 운반 방법.
  4. 불연속 산화제 용액 상, 연속 연료 상, 및 유화제를 갖는 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법으로서,
    산화제 용액 상을 소정의 압력으로 혼합실에 운송하는 단계;
    상기 혼합실에 연료를 소정의 압력으로 운송하는 단계;
    상기 혼합실에 유화제를 제공하는 단계;
    상기 연료, 상기 산화제 용액 상 중 적어도 일부, 및 상기 유화제를, 에멀젼을 형성하기에 충분한 힘으로 서로 비기계적으로 충돌시키는 단계;
    더 정제할 목적으로 그리고 원하는 점성을 얻기 위해 상기 에멀젼을 비기계적으로 전단변형시키는 단계; 및
    상기한 운송, 충돌, 및 전단변형 단계들로부터 남은 잔류 압력으로서, 추가적인 기계적 입력의 필요 없이 상기 에멀젼을 소정의 위치까지 운반할 수 있는 잔류 압력을 이용하여 상기 에멀젼을 소정의 위치까지 비기계적으로 운반하는 단계를 포함하는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 혼합실에 유화제를 제공하는 상기 단계는 상기 연료에 상기 유화제를 넣는 것을 포함하고, 따라서 상기 연료는 연료 상으로서 존재하며, 연료를 운송하는 상기 단계는 상기 혼합실에 연료 상을 포함하는 것을 포함하는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 혼합실에 유화제를 제공하는 상기 단계는 소정의 위치에서 상기 유화제를 도입하는 것을 포함하고, 상기 유화제는 상기 혼합실에 직접 도입되는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 산화제 용액 상을 운송하는 상기 단계는 제 1 노즐을 통해 운송하는 것을 포함하는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 연료를 운송하는 상기 단계는 제 2 노즐을 통해 운송하는 것을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 노즐은, 상기 유화제의 존재 하에서, 상기 산화제 용액 상 중 적어도 일부와 상기 연료를 서로 비기계적으로 충돌시키는 상기 단계를 실행하도록 서로 대향 배치되어 있는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법.
  9. 제 4 항에 있어서, 충돌시키는 상기 단계는 상기 유화제의 존재 하에서 스태틱 믹서를 통해 상기 산화제 용액 상과 상기 연료를 동시에 운송하여 상기 에멀젼을 형성하는 것을 포함하는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법.
  10. 제 4 항에 있어서, 상기 혼합실은 1 이상의 고정자 또는 편향기를 구비하고, 상기 산화제 용액 상 및 상기 연료는 상기 유화제의 존재 하에서 상기 혼합실에 들 어갈 때 상기 고정자의 편향에 의해 서로 간접적으로 충돌하게 되는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법.
  11. 제 4 항에 있어서, 상기 에멀젼을 제 2 혼합실에 운송하는 단계를 더 포함하는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 혼합실에 상기 산화제 용액 상의 제 2 부분을 운송하는 단계를 더 포함하는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 에멀젼을 상기 산화제 용액 상의 제 2 부분에 비기계적으로 충돌시켜 더 산소-균형잡힌 에멀젼을 형성하는 단계를 더 포함하는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 제 2 혼합실 내에 존재하는 1 이상의 고정자의 편향에 의해 상기 에멀젼 및 상기 산화제 용액 상의 제 2 부분이 서로 간접적으로 충돌하게 되는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법.
  15. 제 4 항에 있어서, 운반 전에 상기 에멀젼을 정제하는 단계를 더 포함하는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 정제 단계는 상기 에멀젼을 농축하고 안정화시키는 것을 포함하는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 정제 단계는 에멀젼의 밀도를 감소시킴으로써 상기 에멀젼의 감도를 증대시키는 것을 포함하는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반 방법.
  18. 불연속 산화제 용액 상, 유화제를 포함하는 연속 연료 상을 갖는 에멀젼 폭약의 형성 및 운반 방법으로서,
    제 1 노즐을 통해 혼합실에 산화제 용액 상을 운송하는 단계;
    제 2 노즐을 통해 상기 혼합실에 연료 상을 운송하는 단계;
    상기 산화제 용액 상과 연료 상의 적어도 일부가 상기 에멀젼의 존재 하에서 예비혼합 에멀젼을 형성하기에 충분한 힘으로 서로 충돌하도록, 상기 제 1 및 제 2 노즐을 서로 대향하는 위치로 배향하는 단계;
    상기 예비혼합 에멀젼을 제 3 노즐에 통과시키는 단계;
    상기 제 3 노즐로부터 나오는 에멀젼을, 더 산소-균형잡힌 에멀젼을 형성하기에 충분한 힘으로, 제 4 노즐을 통해 운송된 상기 산화제 용액 상과 충돌시키는 단계;
    상기 에멀젼을 농축 및 정제하기 위해 상기 에멀젼을 제 5 노즐에 통과시키는 단계;
    원하는 점성을 얻고 또 운반 준비된 에멀젼 제품을 형성하기 위해 상기 에멀 젼을 전단변형시키는 단계; 및
    상기 에멀젼을 소정의 위치까지 운반하는 단계를 포함하고,
    상기 운송 단계들은, 추가적인 기계적 입력의 필요 없이 상기 에멀젼을 소정의 위치까지 운반할 수 있는 잔류 압력을 제공하고 또 상기한 배향, 통과, 및 전단변형 단계들을 실행하도록 충분한 압력에서 이루어지는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 밀도 감소제를 에멀젼 내에 도입함으로써 상기 전단변형 전에 상기 에멀젼의 감도를 증대하는 단계를 더 포함하는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 감도증대 단계는 상기 에멀젼 내에 미량 원소를 도입하는 것을 포함하고, 상기 미량 원소는 1종 이상의 화학적 가스발생제를 포함하며, 이 가스발생제는 반응하여 상기 에멀젼 내에 복수의 버블을 형성함으로써, 에멀젼의 밀도를 감소시키는 기능을 하는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반 방법.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 감도증대 단계는 상기 에멀젼 내에 압축 가스를 도입하는 것을 포함하고, 상기 압축 가스는 상기 에멀젼 내에 복수의 버블을 도입하여 에멀젼의 밀도를 감소시키는 기능을 하는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반 방법.
  22. 제 19 항에 있어서, 상기 밀도 감소제는 상기 에멀젼 내에 주입되고, 상기 밀도 감소제와 상기 에멀젼은 제 6 노즐을 통해 운송되고 서로 혼합되게 되는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반 방법.
  23. 제 19 항에 있어서, 상기 밀도 감소제는 상기 산화제 용액 상, 상기 연료 상, 상기 유화제, 및 상기 혼합실 중 어느 하나에 주입되는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반 방법.
  24. 제 18 항에 있어서, 상기 소정의 위치까지 운반하는 단계를 보조하기 위해 상기 에멀젼 주위에 워터 링을 위치시키는 단계를 더 포함하는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반 방법.
  25. 제 18 항에 있어서, 상기 운송 단계는 펌프, 중력 운반 시스템, 및 압력 용기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나에 의해 이루어지는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반 방법.
  26. 제 18 항에 있어서, 상기 전단변형 단계는 전단 밸브, 일련의 노즐, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나에 의해 이루어지는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반 방법.
  27. 제 18 항에 있어서, 상기 소정의 위치는 보어홀, 리셉터클, 및 공장으로 이루어진 군에서 선택되는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반 방법.
  28. 제 18 항에 있어서, 상기 노즐은 내부에 구비된 스태틱 믹서를 포함하는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반 방법.
  29. 제 18 항에 있어서, 상기 노즐은 시스템 요구에 따라 상이한 크기를 가질 수 있는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반 방법.
  30. 에멀젼 제조 시스템;
    상기 에멀젼 제조 시스템에 소정의 압력으로 산화제 용액 상을 운송하는 제 1 압력원;
    이용가능한 잔류 압력을 제공하도록 상기 산화제 용액과 연료 상으로부터 에멀젼을 형성하기 위해 상기 소정의 압력 중 단지 일부만을 이용하는 상기 에멀젼 제조 시스템에, 유화제를 포함하는 연료 상을 운송하는 제 2 압력원; 및
    소정의 위치까지 상기 에멀젼 제품을 운반하기 위해 상기 잔류 압력을 이용하는 비기계적 운반 시스템을 포함하는, 에멀젼 폭약의 제조 및 운반을 위한 시스템.
  31. 제 1 혼합실에 산화제 용액 상을 운송하는 제 1 압력원;
    상기 제 1 혼합실에 유화제를 포함하는 연료 상을 운송하는 제 2 압력원;
    상기 산화제 용액 상의 적어도 일부를 상기 연료 상과 비기계적으로 블렌딩하여, 상기 유화제의 존재 하에서 에멀젼을 형성하기에 충분한 힘으로 상기 산화제 용액 상이 상기 제 1 혼합실 내에서 상기 연료 상에 충돌하게 하는 수단;
    상기 에멀젼을 상기 산화제 용액 상의 제 2 부분과 비기계적으로 블렌딩하여, 더 산소-균형잡힌 에멀젼을 형성하기에 충분한 힘과 에너지로 상기 에멀젼이 제 2 혼합실 내에서 상기 산화제 용액 상의 상기 제 2 부분에 충돌하게 하는 수단;
    상기 에멀젼을 정제 및 처리하여 운반 준비된 에멀젼 제품을 형성하는 수단; 및
    상기 제 1 및 제 2 압력원으로부터 잔류 압력을 이용하여 상기 에멀젼 제품을 소정의 위치까지 운반하는 비기계적 운반 시스템을 포함하는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반을 위한 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 산화제 용액 상의 적어도 일부를 상기 연료 상과 비기계적으로 블렌딩하는 상기 수단은,
    상기 산화제 용액 상을 운송하는 제 1 노즐; 및
    상기 연료 상을 운송하는 제 2 노즐을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 노즐은, 상기 산화제 용액 상이 상기 연료 상에 충돌하도록 서로에 대해 대향 배치 위치로 배향되어 있는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반을 위한 시스템.
  33. 제 31 항에 있어서, 상기 산화제 용액 상의 적어도 일부를 상기 연료 상과 비기계적으로 블렌딩하는 상기 수단은 스태틱 믹서를 포함하는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반을 위한 시스템.
  34. 제 31 항에 있어서, 상기 산화제 용액 상의 적어도 일부를 상기 연료 상과 비기계적으로 블렌딩하는 상기 수단은 스태틱 믹서와 노즐 조합을 포함하고, 상기 산화제 용액 및 연료 상은 상기 혼합실 내 표면에서 편향되게 되어 상기 에멀젼을 형성하고 따라서 서로 간접적으로 충돌하는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반을 위한 시스템.
  35. 제 31 항에 있어서,
    상기 에멀젼을 상기 산화제 용액 상의 제 2 부분과 비기계적으로 블렌딩하는 상기 수단은,
    상기 에멀젼을 운송하는 제 3 노즐; 및
    상기 산화제 용액 상의 제 2 부분을 운송하는 제 4 노즐을 포함하고,
    상기 제 3 및 제 4 노즐은, 상기 에멀젼이 상기 제 2 혼합실 내에서 상기 산화제 용액 상의 제 2 부분에 충돌하도록 대향 배치 위치로 배향되어 있는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반을 위한 시스템.
  36. 제 31 항에 있어서, 상기 에멀젼을 상기 산화제 용액 상의 제 2 부분과 비기계적으로 블렌딩하는 상기 수단은 스태틱 믹서를 포함하는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반을 위한 시스템.
  37. 제 31 항에 있어서, 상기 에멀젼을 상기 산화제 용액 상의 제 2 부분과 비기계적으로 블렌딩하는 상기 수단은 스태틱 믹서와 노즐 조합을 포함하는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반을 위한 시스템.
  38. 제 35 항에 있어서, 상기 정제 수단은 상기 제 2 혼합실로부터 상기 에멀젼을 받도록 되어 있는 제 5 노즐을 포함하고, 상기 제 5 노즐은 농축에 의해 상기 에멀젼을 정제하는 기능을 하는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반을 위한 시스템.
  39. 제 31 항에 있어서, 상기 정제 수단은 상기 에멀젼을 받아 에멀젼의 점성을 증가시키기 위해 전단변형을 도입하는 전단 밸브 형태의 점도 조절제를 포함하는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반을 위한 시스템.
  40. 제 31 항에 있어서, 상기 에멀젼을 정제하는 수단은, 내부에 복수의 버블을 형성하도록 상기 에멀젼에 주입된 밀도 감소제를 혼합하여 운반 전에 그리고 운반 동안 상기 에멀젼의 밀도를 감소시키고 감도를 증대시키는 제 6 노즐을 포함하는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반을 위한 시스템.
  41. 제 31 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 압력원은 고압 펌프, 압력 용기,및 중력 해제 시스템으로 이루어진 군에서 선택되는, 에멀젼 폭약의 형성 및 운반을 위한 시스템.
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