RU2021235C1

RU2021235C1 - Porous ammonium nitrate production process

Info

Publication number: RU2021235C1
Authority: RU
Inventors: А.И. Сухорученков; Б.Н. Кутузов; В.В. Карпов; А.И. Гарбовицкий-Гордон; В.Н. Вавилов; В.С. Куликов
Original assignee: Московский Горный Институт; Научно-производстенное кооперативно-государственное объединение "Научпромстрой"
Priority date: 1991-01-11
Filing date: 1991-01-11
Publication date: 1994-10-15

Abstract

FIELD: chemical industry and agriculture. SUBSTANCE: heat treatment is performed in the field of cryogenic temperatures. Liquid or gaseous nitrogen which serves simultaneously as a heat-carrier is used as a foaming agent. One of the pore-forming variants is a "boiling layer" which is obtained when the flow of gaseous nitrogen passes through granulated ammonium nitrate. Gaseous nitrogen is obtained at the effect of temperature exceeding 196 C on liquid nitrogen. EFFECT: more efficient ammonium nitrate production process. 2 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к области химической технологии и касается способа получения пористой аммиачной селитры, используемой преимущественно для изготовления промышленных взрывчатых веществ типа игданита, а также в сельском хозяйстве. The invention relates to the field of chemical technology and relates to a method for producing porous ammonium nitrate, used mainly for the manufacture of industrial explosives such as igdanite, as well as in agriculture.

Известен способ получения пористой аммиачной селитры, основанный на добавлении к аммиачной селитре различных порообразующих добавок, например в качестве порообразующей добавки применяют четыреххлористый углерод. A known method of producing porous ammonium nitrate based on the addition of various pore-forming additives to ammonium nitrate, for example, carbon tetrachloride is used as a pore-forming additive.

Наиболее близким техническим решением является способ получения пористой аммиачной селитры, включающий смешение гранулированной аммиачной селитры с формальдегидной смолой и высушивание смеси при 70^оС в течение 8 ч. Недостатком указанного способа получения пористой аммиачной селитры является низкая впитывающая способность аммиачной селитры, которая объясняется тем, что используемый порообразователь, после его высушивания, образует на поверхности пористой гранулы аммиачной селитры пленку, обладающую низкой смачивающей способностью, особенно, по отношению к углеводородным соединениям.The closest technical solution is a method of producing porous ammonium nitrate comprising mixing prilled ammonium nitrate with formaldehyde resin and drying the mixture at ⁷⁰ ° C for 8 hours. The disadvantage of this method of producing porous ammonium nitrate is low absorbency of the ammonium nitrate, which is explained by the fact that the pore former used, after drying, forms a film on the surface of the porous granule of ammonium nitrate with low wetting ability , especially in relation to hydrocarbon compounds.

С целью получения пористой аммиачной селитры с повышенной впитывающей способностью в известном способе получения пористой аммиачной селитры, заключающемся в температурной обработке гранулированной аммиачной селитры порообразующим агентом, согласно изобретению температурную обработку осуществляют в области криогенных температур, а в качестве порообразующего агента используют жидкий или газообразный азот, который одновременно служит теплоносителем, а также тем, что порообразование в гранулах аммиачной селитры осуществляют в "кипящем слое", который образуют при прохождении потока газообразного азота через гранулированную аммиачную селитру, причем получают газообразный азот от воздействия температур выше -196^оС на жидкий азот.In order to obtain porous ammonium nitrate with increased absorbency in the known method for producing porous ammonium nitrate, which consists in the temperature treatment of granular ammonium nitrate with a pore-forming agent, according to the invention, the temperature treatment is carried out in the cryogenic temperature range, and liquid or gaseous nitrogen is used as a pore-forming agent, which simultaneously serves as a coolant, as well as the fact that pore formation in granules of ammonium nitrate is carried out in a "boiling em layer "which is formed by passing a nitrogen gas flow through the granulated ammonium nitrate, and the nitrogen gas obtained by exposure to temperatures above ^about -196 C in liquid nitrogen.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что температурное воздействие осуществляют в области криогенных температур, а в качестве порообразующего агента используют жидкий или газообразный азот, который одновременно служит теплоносителем, а также тем, что порообразование в гранулах аммиачной селитры осуществляют в "кипящем слое", который образуют при прохождении потока газообразного азота через гранулированную аммиачную селитру, причем получают газообразный азот от воздействия температур выше -196^оС на жидкий азот. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the claimed method differs from the known one in that the temperature effect is carried out in the region of cryogenic temperatures, and liquid or gaseous nitrogen is used as a pore-forming agent, which simultaneously serves as a coolant, as well as the fact that pore formation in ammonia granules nitrate is carried out in a "fluidized bed", which is formed when passing a stream of nitrogen gas through granular ammonium nitrate, and get gas zny nitrogen by exposure to temperatures above ^about -196 C in liquid nitrogen. Thus, the claimed method meets the criteria of the invention of "novelty."

Известно, что широко освоен многотоннажный выпуск аммиачной селитры марок А и Б как для сельского хозяйства, так и для производства промышленных взрывчатых веществ. Гранулированная аммиачная селитра марки А предназначена для производства в основном заводских гранулированных взрывчатых веществ, а аммиачная селитра марки Б используется, главным образом, при приготовлении простейших взрывчатых веществ, нередко, на месте их применения. Гранулы аммиачной селитры марок А и Б малопористы, плохо поглощают и удерживают жидкие компоненты, вводимые в состав взрывчатых веществ. Пористость гранул аммиачной селитры марок А и Б составляет 6-9%, а впитывающая способность при влажности аммиачной селитры 0,26% составляет лишь 1,5% для дизельного топлива, 2% - для глицерина, скипидара и поликсилоксановой жидкости, а также 2,5% - для автола, причем допустимая влажность по ГОСТу 2 - 85 для гранулированной аммиачной селитры при ее производстве составляет 0,3%. It is known that the large-tonnage production of ammonium nitrate of grades A and B is widely mastered both for agriculture and for the production of industrial explosives. Granulated ammonium nitrate of brand A is intended for the production of mainly factory granular explosives, and ammonium nitrate of brand B is used mainly in the preparation of simple explosives, often at the place of their use. Granules of ammonium nitrate of grades A and B are slightly porous, poorly absorb and retain the liquid components introduced into the composition of explosives. The porosity of granules of ammonium nitrate of grades A and B is 6–9%, and the absorbency at a moisture content of ammonium nitrate of 0.26% is only 1.5% for diesel fuel, 2% for glycerol, turpentine, and poly-siloxane liquid, as well as 2, 5% - for autol, and the permissible humidity according to GOST 2 - 85 for granular ammonium nitrate in its production is 0.3%.

Температурное воздействие на гранулы аммиачной селитры в области криогенных температур исключает использование энергетического воздействия от внешнего источника, чем резко повышает уровень безопасности при технологическом манипулировании с химическим реагентом, позволяет комплексно подавить отрицательное воздействие таких факторов, как влажность и взрыво- и пожароопасность от технологических примесей, заносимых в процессе транспортировки, растаривания, многократного перемещения по технологической цепочке. Использование в качестве теплоносителя и порообразующего агента жидкого азота позволяет одновременно использовать его энергетический потенциал и способность интенсивно испаряться при воздействии температур выше -196^оС. При этом возможен ряд вариантов технического решения этого воздействия: непосредственно на гранулы аммиачной селитры или газообразным азотом через модель "кипящего слоя" или жидким азотом, или опосредствованно через определенную преграду, обладающую высокой теплопроводностью, причем известно, что теплопроводность аммиачной селитры с уменьшением температуры увеличивается. Так, при 100^оС она составляет 4055 10 Вт/м ˙к, а при 0^оС она увеличилась до 4220 10 Вт/м˙ к, I 4 I что косвенно подтверждает экономическую эффективность заявленной криогенной температурной области приготовления пористой селитры.The temperature effect on the granules of ammonium nitrate in the cryogenic temperature range eliminates the use of energy from an external source, which sharply increases the level of safety during technological manipulation with a chemical reagent, allows you to comprehensively suppress the negative effects of factors such as humidity and explosion and fire hazard from technological impurities introduced in the process of transportation, unloading, multiple movement along the processing chain. Use as coolant and liquid nitrogen blowing agent allows the use of potential energy and its ability to evaporate rapidly when exposed to temperatures above ^about -196 C. The number of possible technical solutions of this impact variants directly with the ammonium nitrate granules or nitrogen gas through the model "boiling layer "either with liquid nitrogen, or indirectly through a specific barrier having high thermal conductivity, and it is known that thermal conductivity a ammonium nitrate increases with decreasing temperature. Thus, at ¹⁰⁰ ° C, it is 4055 10 W / m ˙k and at ⁰ ° C it had increased to 4220 10 W / m˙ to, I 4 I which indirectly confirms the economic efficiency of the declared temperature range cryogenic preparation of porous ammonium nitrate.

Обладание двумя важнейшими свойствами, каждый из которых в отдельности позволяет по известным техническим решениям получить пористую аммиачную селитру, создает потенциальную возможность при использовании жидкого азота максимально упростить технологию получения пористой аммиачной селитры, использовав при этом простейшее технологическое оборудование, минимум технологических операций, получая значительную экономическую эффективность при минимальных капитальных затратах. The possession of two most important properties, each of which individually allows one to obtain porous ammonium nitrate using well-known technical solutions, creates the potential for using porous ammonium nitrate to be maximally simplified using porous ammonium nitrate, using the simplest technological equipment and a minimum of technological operations, obtaining significant economic efficiency at the lowest capital cost.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод, что именно заявленные, согласно способу, температурные воздействия, осуществляемые в области криогенных температур с помощью жидкого или газообразного азота, используемого в качестве порообразователя, который одновременно служит теплоносителем, создают возможность для обеспечения достижения цели изобретения. Это позволяет сделать вывод, что заявляемое изобретение связано единым изобретательским замыслом. При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия". The foregoing allows us to conclude that it is the claimed, according to the method, temperature effects, carried out in the field of cryogenic temperatures using liquid or gaseous nitrogen, used as a blowing agent, which simultaneously serves as a heat carrier, create the opportunity to achieve the objective of the invention. This allows us to conclude that the claimed invention is associated with a single inventive concept. In the study of other known technical solutions in the art, the features that distinguish the claimed invention from the prototype were not identified and therefore they provide the claimed technical solution with the criterion of "significant differences".

Предлагаемый способ получения пористой аммиачной селитры реализован следующим образом. The proposed method for the production of porous ammonium nitrate is implemented as follows.

П р и м е р 1. Изготовление пористой аммиачной селитры ведут в теплоизолированной емкости. В рабочий объем емкости подают 500 мл жидкого азота, затем загружают 5 кг гранулированной аммиачной селитры марки Б (ГОСТа 2-85) с температурой гранул соответствующей температуре окружающей среды. При контакте гранул с жидким азотом происходит резкое понижение температуры последних в течение нескольких секунд до криогенных температур. Затем производят измерение температуры в обработанной жидким азотом аммиачной селитре, ее фиксирование на диаграммной ленте с помощью приборов автоматического контроля, потом слив неиспарившегося жидкого азота в резервуар оборотного цикла для повторного использования. После осуществления этой операции производят перемещение массы аммиачной селитры из рабочей зоны емкости, которая оборудована теплоизолирующей рубашкой в накопительный бункер, который обладает высокой герметичностью, клапанами для сброса испаряющегося жидкого азота и высокой теплопроводностью, где проводят процесс естественного "отепления" гранул аммиачной селитры до температуры окружающей среды без доступа воздуха в течение 1-2 ч. Также предлагаемый способ получения пористой аммиачной селитры может быть реализован следующим образом. PRI me R 1. The manufacture of porous ammonium nitrate is carried out in a thermally insulated container. 500 ml of liquid nitrogen is fed into the working volume of the tank, then 5 kg of granulated ammonium nitrate of grade B (GOST 2-85) are loaded with the temperature of the granules corresponding to the ambient temperature. Upon contact of the granules with liquid nitrogen, a sharp decrease in the temperature of the latter occurs within a few seconds to cryogenic temperatures. Then, the temperature is measured in ammonium nitrate treated with liquid nitrogen, it is fixed on the chart strip using automatic control devices, then the unevaporated liquid nitrogen is drained into the reverse cycle tank for reuse. After this operation, the mass of ammonium nitrate is moved from the working zone of the tank, which is equipped with a heat-insulating jacket to a storage hopper, which has high tightness, valves for venting evaporating liquid nitrogen and high thermal conductivity, where the process of natural “warming” of ammonium nitrate granules is carried out to ambient temperature medium without air for 1-2 hours. Also, the proposed method for the production of porous ammonium nitrate can be implemented as follows m.

П р и м е р 2. Изготовление пористой аммиачной селитры также ведут в теплоизолированной емкости, куда вначале загружают гранулированную аммиачную селитру, а затем в нижнюю часть емкости подают жидкий азот, испарение которого провоцируют воздействием на него температур выше -196^оС. Образовавшийся поток газообразного азота направляют на гранулы аммиачной селитры и формируют "кипящий слой", в котором происходит теплообмен между низкотемпературным газообразным азотом и гранулированной аммиачной селитрой, температура которой равна температуре окружающей среды до охлаждения последней до минусовых температур. После завершения процесса обработки в "кипящем слое" аммиачная селитра с повышенной в результате обработки пористостью выгружается из емкости в герметичный накопительный бункер для последней операции - естественного "отепления" без доступа воздуха.EXAMPLE EXAMPLE 2 Production of porous ammonium nitrate are also in a thermally insulated container where initially charged prilled ammonium nitrate, and then into the lower part of the container, liquid nitrogen is fed, which provoke the evaporation of exposure to temperatures above -196 ° ^C. The resulting stream nitrogen gas is sent to the granules of ammonium nitrate and form a "fluidized bed" in which heat exchange occurs between low-temperature gaseous nitrogen and granular ammonium nitrate, the temperature of which is equal to the temperature environment before cooling the latter to sub-zero temperatures. After completion of the processing in a fluidized bed, ammonium nitrate with increased porosity as a result of processing is discharged from the tank into a sealed storage hopper for the last operation — natural “warming” without air.

Для экспериментальной проверки заявляемого способа получения пористой аммиачной селитры были проведены лабораторные исследования впитывающей способности полученной пористой аммиачной селитры и ее сравнение с исходной и пористой заводского изготовления. Исследования показали, что впитывающая способность аммиачной селитры после криогенной обработки, при режиме испытания: 1 ч пропитки дизельным топливом, 1 ч стекания избытка дизельного топлива с последующим отсосом его на фильтре, составила 12%, а исходная только лишь 6%, пористая заводского изготовления - 10%. For experimental verification of the proposed method for the production of porous ammonium nitrate, laboratory studies were conducted of the absorbency of the obtained porous ammonium nitrate and its comparison with the original and porous factory-made. Studies have shown that the absorbing ability of ammonium nitrate after cryogenic treatment, in the test mode: 1 hour of diesel fuel impregnation, 1 hour of excess diesel fuel draining followed by suction on the filter, was 12%, and the initial only 6%, factory-made porous 10%.

Из результатов испытаний следует, что впитывающая способность гранул аммиачной селитры, обработанных по заявленному способу ,повышается в 2 раза по сравнению с исходной аммиачной селитрой марок А и Б и превышает впитывающую способность пористой аммиачной селитры заводского производства на 2% . При этом также следует отметить, что изучение поверхностного слоя гранул аммиачной селитры методом фотографирования при 40-кратном увеличении показал, что исходная аммиачная селитра не имеет открытых пор на своей поверхности, у обработанной криогенными температурами она имеет мелкопористую структуру, а у пористой аммиачной селитры заводского изготовления поверхностный слой насыщен крупными порами. From the test results it follows that the absorbency of ammonium nitrate pellets processed by the claimed method is 2 times higher than the original ammonium nitrate of grades A and B and exceeds the absorbency of porous ammonium nitrate of factory production by 2%. It should also be noted that the study of the surface layer of ammonium nitrate granules by photographing at a 40-fold increase showed that the original ammonium nitrate has no open pores on its surface, it has a finely porous structure treated with cryogenic temperatures, and factory-made porous ammonium nitrate the surface layer is saturated with large pores.

Использование данного изобретения позволит снизить капитальные затраты на получение пористой аммиачной селитры, обладающей высокой впитывающей способностью, сократить энергетические затраты на ее производство и технологическое время производственного цикла ее получения. The use of this invention will reduce the capital cost of obtaining porous ammonium nitrate, which has high absorbency, reduce energy costs for its production and the technological time of the production cycle of its production.

Claims

1. METHOD FOR PRODUCING POROUS AMMONIUM NITRITION by temperature treatment of granules with a pore-forming agent, characterized in that, in order to increase the absorption capacity of ammonium nitrate, the treatment is carried out in the cryogenic temperature range, and liquid or gaseous nitrogen is used as a pore-forming agent.

2. The method according to claim 1, characterized in that the treatment with gaseous nitrogen is carried out in a fluidized bed at a temperature above -196 ^o C.