Способ обработки отработанных жидких нефтепродуктов для изготовления смесевых взрывчатых веществ, содержащих окислитель в виде солей - нитратов
METHOD OF PROCESSING OF WORKED LIQUID OIL PRODUCTS FOR MANUFACTURE OF MIXTURES EXPLOSIVE EXPLOSIVES CONTAINING OXIDIZER IN THE FORM OF SALTS - NITRATES

Изобретение относится к изготовлению смесевых взрывчатых веществ, содержащих окислитель в виде солей - нитратов, с использованием отработанных жидких нефтепродуктов (например, ММО - отработанное моторное масло, МИО - отработанное индустриальное масло), а именно к обработке отработанных жидких нефтепродуктов, предшествующей непосредственному изготовлению смесевых взрывчатых веществ.
Использование отработанных жидких нефтепродуктов в составе взрывчатых веществ широко известно как в РФ (например, Гранулит МО; RU 2096398 С1, 20.11.1997), так и за рубежом (например, US 5397405 А1, 14.03.1995; CN 203683408 U, 02.07.2014; CN 104177208 А, 03.12.2014; UA 77926 С2, 15.01.2007).
Из уровня техники известно множество способов регенерации, очистки и обработки отработанных жидких нефтепродуктов, направленных на удаление воды, механических и химических примесей.
Известен многостадийный способ регенерационной обработки отработанных масел, включающий добавление фосфорной кислоты и ПАВ, перемешивание, нейтрализацию и добавление катионного полимерного коагулянта, а затем твердожидкостную сепарацию (фильтрацию, центрифугирование и т.д.) (JP 01-271487, 30.10.1989).
Известен многостадийный способ обработки отработанного моторного масла, включающий смешивание нагретого масла с фосфорной кислотой и ПАВ, удаление воды, добавление коагулянта, сепарацию и центрифугирование (JP 01-275692, 06.11.1989).
Известен многостадийный способ регенерации отработанных масел, включающий фильтрацию масла, последующую очистку щелочью и обработку природным адсорбентом «горелая порода», центрифугирование, удаление механических примесей, воды и легких углеводородов, очистку в электрогидроциклоне и адсорбере (RU 2106398 С1, 10.03.1998).
Известен способ очистки использованных масел, включающий их фильтрование при температуре 100-200°С через адсорбент (силикагель или смесь силикагеля и песка), который дополнительно содержит 96-99%-ную серную кислоту при весовом соотношении адсорбент : кислота, равном 1:(0,25-0,5). Способ позволяет обеспечить полную очистку использованного минерального масла от нежелательных примесей, а также снизить его вязкость (RU 2242504 С1, 20.12.2004).
Известен способ очистки отработанного масла, в котором предварительно нагретое до 80-100°С масло смешивают с порошкообразным карбамидом, измельченным до размеров не более 150 мкм, взятым в количестве 0,5-1,5% от массы очищаемого масла, затем отделяют очищенное масло (RU 2163253 С2, 20.02.2001).
В качестве наиболее близкого аналога может быть принят способ обработки отработанного обводненного моторного масла, загрязненного механическими примесями, включающий пропускание отработанного масла через фильтр с адсорбентом на основе базальтового волокна (RU 2242498 С1, 20.12.2004).
Известные способы обработки жидких нефтепродуктов обеспечивают очистку масел с целью их регенерации и повторного использования по первичному назначению, например в качестве смазочных материалов, но не учитывают возможность последующего совмещения обработанных нефтепродуктов с веществом, обладающим повышенной категорийностью по признакам пожароопасности и взрывоопасности. Эти способы требуют сложного конструктивного оформления технологического оборудования, основной особенностью которого является необходимость дополнительной или повторной очистки жидких нефтерподуктов от введенных в них или образовавшихся в результате коагуляции механических включений. Существенным недостатком известных способов обработки отработанных жидких нефтепродуктов является отсутствие гарантии или даже возможности их очистки от примесей, химически не совместимых с солями - нитратами и аммиачной селитрой в первую очередь. Использование данных способов затруднительно или можно даже сказать не приемлемо в рамках технологии изготовления смесевых взрывчатых веществ, особенно в условиях предприятий, как правило, горных, ведущих взрывные работы.
Технической задачей изобретения является подготовка отработанных жидких нефтепродуктов, преимущественно масел ММО и МИО, к использованию в качестве компонента в составе смесевых взрывчатых веществ, содержащих окислитель в виде солей - нитратов (например: аммиачной, калиевой и/или натриевой селитры), которая может быть внедрена в существующие технологии изготовления смесевых взрывчатых веществ.
Техническим результатом изобретения является обеспечение безопасной, простой, удобной и эффективной очистки отработанных жидких нефтепродуктов от механических примесей, а также примесей, химически активных по отношению к используемым в составе смесевых взрывчатых веществ окислителям в виде солей - нитратов.
Способ обработки отработанных жидких нефтепродуктов для их дальнейшего использования в качестве компонента в составе смесевых взрывчатых веществ, содержащих окислитель в виде солей - нитратов, включает механическую очистку отработанных жидких нефтепродуктов с удалением воды и механических примесей и последующую химическую очистку от примесей, химически активных по отношению к упомянутому окислителю, путем пропускания потока отработанных жидких нефтепродуктов через фильтр с наполнителем в виде гранулированной аммиачной селитры.
На практике в процессе изготовления смесевых взрывчатых веществ типа Гранулит при смешивании отработанных нефтепродуктов в виде отработанного моторного масла (ММО) или масла индустриального (МИО) с аммиачной селитрой (АС) в стехиометрическом соотношении ММО:АС = 6:94 мас.% были зафиксированы случаи разогрева системы. Это означает, что в масле присутствовали примеси, в том числе и в виде раствора, которые химически не совместимы с АС или, иначе можно сказать, - химически активны по отношению к АС. Отработанные жидкие нефтепродукты - это продукт неопределенного химического состава, который может содержать случайные примеси, несмотря на то, что в соответствии с ГОСТ 21046-86 на нефтепродукты отработанные существуют требования по их сбору. Наиболее вероятными примесями, которые могут попадать в отработанные жидкие нефтепродукты при их сборе и накоплении и которые могут взаимодействовать с солями - нитратами, являются вещества щелочного характера. Реально возможными источникам таковых могут быть охлаждающие жидкости, тормозные жидкости, моющие средства, жидкости из щелочных аккумуляторов и даже смазочные материалы типа "солидол". При смешивании компонентов взрывчатых веществ разогрев системы может привести к аварийной ситуации, вплоть до взрыва.
Процесс обработки по очистке жидких нефтепродуктов от химически активных по отношению к солям - нитратам примесей в предлагаемом способе происходит в результате контакта жидких нефтепродуктов, содержащих возможные примеси, с высокоразвитой поверхностью наполнителя фильтра. Фильтр представляет собой систему, состоящую из наполнителя в виде гранул аммиачной селитры и пустот-пор между этими гранулами. Пустоты между гранулами селитры соединены между собой и образуют каналы сложной формы, которые соответствуют пористости открытого типа, что обеспечивает возможность фильтрации потока жидкого нефтепродукта через наполнитель с образованием множества контактных зон на изгибах (изломах) и на резких ступенчатых перепадах сечения каналов. В результате интенсивного контакта обрабатываемого вещества происходит адсорбция химически активных примесей поверхностью частиц-гранул аммиачной селитры и последующее их химическое взаимодействие. Наличие химического взаимодействия в системе может быть выявлено по изменению температуры на выходе из фильтра по сравнению с таковой на входе, а также по признаку выделения газа, главным образом, аммиака. Важно отметить, что процессы сорбции и химической реакции могут быть как экзотермическими, что наиболее характерно для химических реакций, так и эндотермическими, что является признаком поглощения воды, в которой происходит растворение селитры с поглощением тепла. Наиболее корректные результаты по оценке работы фильтра позволяют сделать одновременный контроль за изменением температуры и выделением газов (аммиака). Экспериментально было установлено, что возможный разогрев системы с избытком жидких нефтепродуктов относительно количества наполнителя - аммиачной селитры - не является опасным или аварийным, так как он нейтрализуется новыми порциями жидкого нефтепродукта, поступающими в систему непрерывным потоком. Одновременно с процессами сорбции и возможными химическими реакциями в фильтре может происходить осаждение твердых частиц, оставшихся в масле после операции механической очистки. Кроме того, имеют место процессы сорбции воды, которые могут приводить к частичному растворению или размягчению гранул селитры. Все отмеченные условия определяют предельные значения работы фильтра по пропускной способности.
Предпочтительно проводить обработку отработанных жидких нефтепродуктов после слива от воды и грубой сепарации, причем при изготовлении смесевых взрывчатых веществ типа Гранулит более тщательной очистки не требуется.
Наполнитель в виде гранулированной аммиачной селитры в фильтре заменяют на новый после пропускания через него отработанных жидких нефтепродуктов предпочтительно в количестве, не превышающем десятикратного количества наполнителя по массе. Или иначе установлено, что количество наполнителя в виде гранулированной аммиачной селитры в фильтре предпочтительно составляет до 10 мас.% от массы подлежащего обработке отработанного масла. Количество наполнителя в фильтре может быть подобрано экспериментальным путем с учетом обработки заданного объема жидких нефтепродуктов в объеме производства взрывчатых веществ. Указанное преимущественное отношение количества обработанных жидких нефетепродуктов к количеству наполнителя в фильтре, равное 10:1, определено из условия возможности беспрепятственной фильтрации потока обрабатываемого нефтепродукта через фильтр. При превышении этого предела может происходить закупорка пространств (пор) между частицами-гранулами аммиачной селитры и может возрастать гидравлическое сопротивление фильтра, вплоть до утраты его пропускной способности. Изменение пропускной способности фильтра может происходить в результате накопления возможных остаточных после механической обработки примесей в виде механических включений и деградации гранул аммиачной селитры от воздействия остаточной воды или от химического взаимодействия - улова активных, нежелательных примесей с аммиачной селитрой. Следует отметить, что в реальных условиях эксплуатации замена наполнителя в фильтрующем элементе может производиться ранее достижения названных пределов соотношения нефтепродукта и селитры, в частности, по показателям уменьшения пропускной способности фильтра.
Предложенное техническое решение может быть продемонстрировано на следующем примере его реализации в лабораторных условиях.
В лабораторное сито с размером ячейки 1 мм засыпают аммиачную селитру по ГОСТ 2-2013, представляющую собой гранулы округлой формы размером 1,0-4,0 мм. Толщина слоя аммиачной селитры составляет 30-35 мм, количество - 0,5 кг. Сито с навеской аммиачной селитры устанавливают над приемной емкостью. На слой аммиачной селитры с помощью распределительного устройства типа "лейка" подается многоструйный поток обрабатываемых жидких нефтепродуктов, в качестве которых используют специально приготовленную смесь "чистых жидких нефтепродуктов" с добавками, которые предполагаются как "химически активные" по отношению к аммиачной селитре. В испытаниях использовано масло индустриальное И-40 и добавки: солидол, жидкость из щелочного аккумулятора, моющее средство "Фэйри", сода техническая. Доля добавки по отношению к маслу составляла 3 и 10 мас.%. Необходимо отметить, что все добавки, за исключением солидола, в масле полностью не растворяются, соответственно испытуемая система разделяется на слои. В испытаниях используется только часть смеси, взятая до границы раздела с осадком. В ходе эксперимента производились замеры температуры исходной смеси и продукта в приемной емкости под ситом, а также оценивалось общее поведение системы по визуальным признакам и по запаху (органолептически).
Явное протекание химической реакции наблюдалось при обработке смеси масла с солидолом, при этом было зафиксировано выделение аммиака (по запаху) и повышение температуры в приемной емкости на 0,2-0,4°С при общем количестве использованной смеси 5 кг. После слива всего объема испытуемой смеси (5 кг) наблюдалось накопление слоя масла над слоем аммиачной селитры из-за заполнения пор-пустот между гранулами вязкой массой. При использовании в испытаниях смесей другого состава (с моющими средствами и щелочью из аккумулятора) было зафиксировано только слабое проявление запаха аммиака без изменения температуры в системе. Такое поведение системы в эксперименте можно объяснить ограниченной растворимостью использованных добавок в масле.
Важным преимуществом предлагаемого технического решения для реальных условий его применения на предприятиях по изготовлению взрывчатых веществ (по сути в «полевых» условиях) является возможность использования отработанного наполнителя фильтра в качестве твердой добавки, состоящей из аммиачной селитры и отработанного жидкого нефтепродукта, к изготавливаемым смесевым взрывчатым веществам, например, типа АСДТ или "Гранулит".
Отработанные жидкие нефтепродукты, которые очищены по предлагаемому способу, могут быть использованы как для приготовления грубодисперсных смесей типа Гранулит на основе аммиачной селитры в твердом состоянии, так и для приготовления высокодисперсных физико-химических взрывчатых смесей на основе эмульсий, в которых аммиачная селитра и другие нитраты используются в виде водных растворов. Естественно, что для систем на основе эмульсий потребуется и будет проводиться более тщательная предварительная очистка жидких нефтепродуктов перед обработкой по предлагаемому способу от механических примесей. При этом возможные примеси самой селитры в жидких нефтепродуктах перед изготовлением эмульсии на качество эмульсии отрицательного влияния оказывать не будут, так как являются веществом однородным с основными компонентами эмульсии.