EP4490134A1 - Installation modulaire compacte pour la préparation d'un précurseur d'émulsion explosive - Google Patents

Installation modulaire compacte pour la préparation d'un précurseur d'émulsion explosive

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Publication number
EP4490134A1
EP4490134A1 EP23724345.6A EP23724345A EP4490134A1 EP 4490134 A1 EP4490134 A1 EP 4490134A1 EP 23724345 A EP23724345 A EP 23724345A EP 4490134 A1 EP4490134 A1 EP 4490134A1
Authority
EP
European Patent Office
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tank
emulsion
water
aqueous phase
installation according
Prior art date
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Pending
Application number
EP23724345.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Thierry HENON
Aymeric JOHNSON
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Innovation & Industrie
Original Assignee
Innovation & Industrie
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Filing date
Publication date
Application filed by Innovation & Industrie filed Critical Innovation & Industrie
Publication of EP4490134A1 publication Critical patent/EP4490134A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B21/00—Apparatus or methods for working-up explosives, e.g. forming, cutting, drying
    • C06B21/0008—Compounding the ingredient
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B47/00—Compositions in which the components are separately stored until the moment of burning or explosion, e.g. "Sprengel"-type explosives; Suspensions of solid component in a normally non-explosive liquid phase, including a thickened aqueous phase
    • C06B47/14—Compositions in which the components are separately stored until the moment of burning or explosion, e.g. "Sprengel"-type explosives; Suspensions of solid component in a normally non-explosive liquid phase, including a thickened aqueous phase comprising a solid component and an aqueous phase
    • C06B47/145—Water in oil emulsion type explosives in which a carbonaceous fuel forms the continuous phase
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/0206—Heat exchangers immersed in a large body of liquid
    • F28D1/0213—Heat exchangers immersed in a large body of liquid for heating or cooling a liquid in a tank
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/047—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D1/0472—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits being helically or spirally coiled

Definitions

  • the present invention relates to a compact modular installation for the preparation of an explosive emulsion precursor and the use of the modular installation according to the invention for the manufacture of an explosive emulsion precursor consisting of an inverse emulsion of water in oil.
  • Explosives precursors are generally manufactured on site by mixing an aqueous phase comprising nitrates and constituting an oxidant with an oil phase containing a surfactant and constituting a fuel. Mixing on site for the manufacture of explosive precursors helps limit the risks associated with transport.
  • the aqueous phase is generally prepared by dissolving ammonium nitrates and/or sodium nitrates and/or calcium nitrates in water with the addition of additives to promote gasification and possibly additives making it possible to adjust the pH of the aqueous phase.
  • the weight proportion of which is around 80% the water is heated to a temperature of at least 65°C, preferably to a temperature of at least 85°C.
  • the oily phase comprises a mixture of different vegetable and/or mineral fatty substances and surfactants.
  • the oily phase can for example be obtained by mixing new or recovered mineral oils, such as paraffin or fuel oils, with a quantity of surfactants in a proportion of 10 to 30% of the total oily phase.
  • the oily phase is generally heated between 40 and 90°C so as to reduce the temperature difference with the aqueous phase and promote their mixing.
  • a low viscosity premix or pre-emulsion is prepared in a tank using stirring means.
  • the low viscosity of this pre-emulsion gives insufficient stability and consistency to this pre-emulsion for the preparation of an explosive, which is why a shearing device is used to increase the viscosity of this pre-emulsion.
  • the emulsion constituting the explosive precursor will subsequently be made explosive by additions and mixing of chemical reagents such as a sodium nitrite solution and/or solid sensitizing agents such as glass microspheres in on-site manufacturing units. before use as an explosive.
  • an installation for the manufacture of an explosive emulsion precursor which is of measured size, not very complex, easy to install, easy to dismantle and transport so that it can be prepared easily and quickly.
  • an explosive emulsion precursor capable of being used for the preparation of an explosive composition.
  • a modular installation whose implementation is simple, rapid, inexpensive, secure, and easy to implement for the preparation of small quantities or moderate quantities of explosive emulsion precursor, for example example of the order of 1500 to 2500 t/year.
  • the present invention advantageously provides an installation for the preparation of an explosive emulsion precursor whose component elements are advantageously capable of being brought together within a single container, and a use of said installation for the preparation of an explosive emulsion precursor meeting the existing needs mentioned above.
  • the Applicant realized that it was possible to have an installation for the preparation of an explosive emulsion precursor, which is of measured size, not very complex, easy to install, dismantle and transport so to be able to prepare an explosive emulsion precursor safely on site and in particular in small to moderate quantities.
  • the Applicant also realized that it was possible to use the modular installation according to the invention for the manufacture of an explosive emulsion precursor consisting of an inverse emulsion of water in oil, which is easy and inexpensive to implement, even for small to moderate quantities. Summary of the invention
  • a first object of the invention relates to a modular installation (1) for the manufacture of an explosive emulsion precursor consisting of an inverse water-in-oil emulsion comprising:
  • a first tank (2) for the preparation of an aqueous phase comprising a first heating means (3) and first means for stirring the aqueous phase (4), the first tank communicating with first means of circulation by pumping (5) of a) the aqueous phase directly or indirectly to a shearing device (6) for the preparation of the inverse water emulsion, b) of the feed water to the first tank from a tank of water storage, and c) nitrate from a nitrate storage tank
  • a second tank (8) for the preparation of an oily phase comprising a second heating means (9) and second means for stirring the oily phase (10), said second tank communicating with second circulation means by pumping (11) of d) the oil phase from the second tank directly or indirectly to a shearing device (6) and e) components of the oil phase from external component storage tanks (12) to the second tank
  • the installation being characterized in that the means for supplying heat transfer fluid (15) is a boiler hot water and in that the first heating means (3) is a tubular heat exchanger of helical shape composed of two tubes arranged in a staggered manner.
  • a second object of the invention concerns the use of the modular installation according to the first object of the invention for the manufacture of an explosive emulsion precursor consisting of an inverse emulsion of water in oil.
  • the use according to the invention advantageously makes it possible to easily manufacture, and at lower costs, small to moderate quantities of an explosive emulsion precursor consisting of an inverse water-in-oil emulsion.
  • FIG. 1 represents a perspective view of the installation according to the invention, on which we can distinguish - a first tank (2) for the preparation of an aqueous phase comprising a first heating means (3) which is a tubular heat exchanger of helical shape composed of two tubes arranged in a staggered manner, first means for stirring the aqueous phase (4), the first tank communicating with first circulation means by pumping (5) a) the aqueous phase directly or indirectly to a shearing device (6) for the preparation of the inverse water emulsion, b) feed water to the first tank from a tank water storage, and c) nitrate from a nitrate storage tank (7), - a second tank (8) for the preparation of an oily phase comprising a second heating means (9) and second means for stirring the oily phase (10), said second tank communicating with second means of circulation by pumping (11) of d) the oily phase from the second tank directly or indirectly to a shearing device (6) and e) components of the
  • FIG. 2 represents a perspective view of the installation according to the invention comprising a fourth tank (16) for the preparation of a pre-emulsion composed of the mixture of the aqueous phase and the oily phase, said tank comprising third stirring means (17) and communicating with the first tank (2) via the first pumping circulation means (5), with the second tank (8) via the second pumping circulation means (11) and with the shearing device (6) via fourth circulation means by pumping the pre-emulsion (18).
  • a fourth tank (16) for the preparation of a pre-emulsion composed of the mixture of the aqueous phase and the oily phase said tank comprising third stirring means (17) and communicating with the first tank (2) via the first pumping circulation means (5), with the second tank (8) via the second pumping circulation means (11) and with the shearing device (6) via fourth circulation means by pumping the pre-emulsion (18).
  • Figure 3 represents the installation according to the invention in which several elements are included in the same container (A).
  • Figure 4 represents the first tank (2) comprising a first heating means, which is a tubular heat exchanger of helical shape composed of two tubes arranged in a staggered row.
  • the present invention relates to a modular installation (1) for the manufacture of an explosive emulsion precursor consisting of an inverse water-in-oil emulsion comprising:
  • a first tank (2) for the preparation of an aqueous phase comprising a first heating means (3) and first means for stirring the aqueous phase (4), the first tank communicating with first means of circulation by pumping (5) of a) the aqueous phase directly or indirectly to a shearing device (6) for the preparation of the inverse water emulsion, b) of the feed water to the first tank from a tank of water storage, and c) nitrate from a nitrate storage tank (7), - a second tank (8) for the preparation of an oily phase comprising a second heating means (9) and second means for stirring the oily phase (10), said second tank communicating with second circulation means by pumping (11) of d) the oily phase from the second tank directly or indirectly to a shearing device (6) and e) components of the oily phase from external component storage tanks (12) to the second tank ( 8),
  • the installation being characterized in that the means for supplying heat transfer fluid (15) is a boiler hot water and in that the first heating means (3) is a tubular heat exchanger of helical shape composed of two tubes arranged in a staggered manner.
  • the present application therefore proposes a modular installation for the manufacture of an explosive emulsion precursor consisting of an inverse emulsion of water in oil whose volume and size of the elements which compose it is greatly reduced compared to that existing facilities.
  • Modular installation within the meaning of the invention means an installation comprising several elements that can be linked to each other.
  • the modular installation according to the invention is easy to transport, to arrange and has a small footprint, particularly on the ground, due to the reduced number of tanks, while offering secure implementation conditions for the preparation of a precursor explosive emulsion.
  • the reduced size of the installation due to a limited number and volume of tanks makes it possible to reduce the installation time but also the cost of transport and installation of this installation.
  • the number and limited volume of the tanks included in the installation according to the invention make it possible to have all or part of the elements making up the installation, preferably all, in a single container.
  • the possibility of having all or part of the elements making up the installation in a single container makes it easier to transport the installation, facilitate its installation and limit the footprint.
  • the present invention proposes in an original way the implementation of a hot water boiler as a means of supplying heat transfer fluid.
  • This characteristic advantageously makes it possible to overcome the regulatory constraints linked to the use of a means of supplying heat transfer fluid requiring pressurization, such as a steam boiler, which can be complex depending on the country.
  • the use of a hot water boiler as a means of supplying heat transfer fluid also makes it possible to reduce the costs of preparing the explosive emulsion precursor given the lower temperature of the heat transfer fluid in comparison to a steam boiler. water.
  • the use of hot water as a heat transfer fluid also makes it possible to limit the risks linked to high temperature and/or pressure but also the possible risks of environmental pollution that could be envisaged with another type of heat transfer fluid.
  • nitrates means ammonium nitrates, and/or sodium nitrates and/or calcium nitrates, or a mixture of these salts, preferably ammonium nitrate.
  • pre-emulsion means the mixture which can be formed by mixing the aqueous phase and the oily phase within a fourth tank using stirring means but whose low viscosity provides insufficient stability and consistency for the preparation of an explosive emulsion precursor.
  • the aqueous phase is typically prepared by dissolving ammonium nitrates, and/or sodium and/or calcium nitrates in water to which additives promoting gasification and possibly additives are added. allowing the pH of the aqueous phase to be adjusted. Due to the high concentration of nitrates (in a weight proportion of approximately 80-82% for 18-20% water) and in order to facilitate their dissolution, the water is heated to a temperature of at least 65°C (degrees Celsius), preferably at a temperature of 85°C.
  • the components of the oily phase are different vegetable and/or mineral fatty substances and surfactants.
  • the oily phase can be obtained by mixing new or recovered mineral oils such as paraffinic oils and fuel oil, preferably in a weight proportion of 50/50 to 80/20 with a quantity of surfactants in a proportion of 10 to 30% by weight relative to the total weight of the oily phase.
  • the oily phase is heated to approximately 40-90°C, preferably 50-70°C.
  • the modular installation according to the invention allows the manufacture of an explosive emulsion precursor consisting of an inverse water-in-oil emulsion according to the following main steps: a) a step of preparing an aqueous phase by dissolution of nitrate in water by heating, b) a step of preparing an oily phase by mixing components comprising at least one vegetable and/or mineral fatty substance and a surfactant by heating, c) a step of preparing an inverse emulsion of water in the oil using a shearing device.
  • step c) can be preceded by a step of preparing a pre-emulsion by mixing the aqueous phase with the oily phase.
  • the installation according to the present invention also comprises means for circulating fluid by pumping water to supply water to the hot water boiler from a water storage tank and means for circulating fluid by pumping fuel oil. to supply fuel oil to the hot water boiler from an oil storage tank.
  • tubular heat exchanger means a tubular device making it possible to transfer thermal energy from one fluid to another by conduction without mixing them.
  • the heat flow crosses the exchange surface which separates the fluids.
  • the second heating means (9) is a tubular heat exchanger of helical shape.
  • the second heating means is a tubular heat exchanger composed of two helical tubes arranged in a staggered manner.
  • tubular heat exchangers of helical shape present in the first and possibly in the second tank advantageously makes it possible to facilitate heat exchanges with the aqueous phase and the oily phase respectively.
  • a tubular heat exchanger of helical shape composed of two helical tubes arranged in a staggered manner as a first means of heating the first tank, is particularly advantageous because it makes it possible to improve the heat exchanges between the aqueous phase. and the heat transfer fluid included in said tubular thermal element and therefore to heat the aqueous phase more easily, more quickly, homogeneously and at lower costs.
  • These advantageous effects are made possible in particular thanks to the particular geometry of the heat exchanger, in particular the staggered arrangement of the two helical tubes which compose it and which allows improved contact of the aqueous phase with the heat transfer fluid.
  • this staggered geometry advantageously promotes the agitation of the aqueous phase in turbulent regime on the exchanger which promotes the heat exchange between the heat transfer fluid and said aqueous phase.
  • the tubular heat exchanger of the first tank makes it easy to heat small to moderate quantities of aqueous phase.
  • the tubular heat exchanger of the first tank makes it possible to heat the aqueous phase quickly and easily at a temperature of at least 65°C (degrees Celsius), preferably at least 70°C and even more preferably at a temperature of 85°C.
  • the modular installation according to the invention advantageously makes it possible to easily and quickly heat small to moderate quantities of aqueous phase and/or oily phase thanks to the presence of the hot water boiler as a means of supplying heat transfer fluid and the presence of a tubular heat exchanger of helical shape composed of two tubes arranged in a staggered pattern.
  • the particular geometry of the heat exchanger advantageously makes it possible to use a hot water boiler as a means of supplying heat transfer fluid in place of a steam boiler and therefore to overcome the disadvantages associated with it, while ensuring sufficient heating of the aqueous phase and/or the oily phase.
  • the tubular heat exchanger of the first tank may have a length of between 30 and 100 meters, preferably between 70 and 80 meters and a diameter of between 30 and 100 mm, preferably between 40 and 70 mm.
  • the second heating means of the modular installation and preferably the tubular heat exchanger of helical shape can have a length of between 30 and 100 meters, preferably between 70 and 80 meters and a diameter of between 30 and 100 mm, preferably between 40 and 70 mm.
  • the first and second stirring means are respectively contained in the first and the second tank.
  • These first and second stirring means respectively make it possible to stir the aqueous phase and the oily phase and therefore to promote heat exchanges with the tubular heat exchangers of helical shape and therefore to facilitate the heating of the aqueous phase and the oily phase.
  • the first stirring means advantageously make it possible to better distribute the heat within the first tank and to promote the homogeneous dissolution of the nitrate granules in the tank.
  • the stirring means comprise at least one vertical rod extending inside the tank in which they are included and on which are mounted rotating stirring blades capable of being actuated in rotation around a vertical axis using a motor.
  • the nitrate storage tank comprises a hopper connected to a dosing screw making it possible to convey the nitrate to the first tank.
  • the installation according to the present invention may comprise one or more third emulsion storage tanks, preferably it comprises two emulsion storage tanks.
  • the means for circulating fluid by pumping correspond to fluid transfer pipes associated with pumps equipped with mass flow meters. These may be, for example, progressive cavity dosing pumps driven by an electric gear motor.
  • the first (3) and the second heating means (9) are arranged at all or part of the internal periphery of the walls of respectively the first tank (2) and the second tank (8).
  • internal periphery of the walls of respectively the first and second tank is meant the internal zone of said tanks located near the internal surface of the walls, preferably located at a distance of between 8 and 30 cm, more preferably between 11 and 30 cm. 18 cm from the internal surface of the tank walls.
  • the first and second heating means are arranged over at least 50%, preferably at least 60%, more preferably at minus 80%, of the height of the internal periphery of the wall of the first tank and/or the second tank.
  • the first heating means (3) is arranged over at least 50% of the height of the internal periphery of the wall of the first tank (2).
  • the first heating means is arranged over at least 80% of the height of the internal periphery of the wall of the first tank.
  • the second heating means and preferably the tubular heat exchanger of helical shape is arranged over at least 80% of the height of the internal periphery of the wall of the second tank.
  • the installation according to the present invention also comprises a water storage tank intended to supply the boiler and the first tank, a nitrate storage tank, a storage tank for each of the components of the oily phase, said components being a body vegetable and/or mineral fat, preferably mineral, and a surfactant, a fuel oil storage tank to supply energy to the hot water boiler.
  • all or part of the tanks are cylindrical in shape.
  • the modular installation according to the invention therefore has the advantage of being compact. Due to this compactness, the elements making up the installation are brought together within a single container, or possibly two containers. The fact of having a single container, or possibly two containers, advantageously allows the modular installation to be easily transported.
  • the invention relates to a modular installation in which:
  • the first container (A) contains:
  • the first container (A) does not contain energy supply means corresponding to a generator and/or an air compressor.
  • the invention relates to a modular installation in which:
  • the shearing device makes it possible to increase in a controlled manner the viscosity of the composition or the mixture comprising the aqueous phase and the oily phase so as to obtain an explosive emulsion precursor.
  • the shearing device makes it possible to obtain an explosive emulsion precursor having a set viscosity value of between 10,000 and 35,000 cps (centipoise). This viscosity value can be measured with a viscometer, for example an analog table viscometer.
  • the shearing device of the modular installation according to the invention is arranged upstream of the third emulsion storage tank.
  • the shearing device communicates with the third storage tank via the third means of circulation by pumping the emulsion.
  • the modular installation according to the invention comprises a fourth tank (16) for the preparation of a pre-emulsion composed of the mixture of the aqueous phase and the oily phase, said tank comprising third means agitation (17) and communicating with the first tank (2) via the first pumping circulation means (5), with the second tank (8) via the second pumping circulation means (11) and with the device shear (6) via fourth circulation means by pumping the pre-emulsion (18).
  • the fourth tank is placed upstream of the shearing device.
  • the third stirring means for preparing the emulsion comprise means capable of mixing the aqueous phase and the oily phase so as to form a so-called “pre-emulsion” composition.
  • the third stirring means may comprise at least one vertical rod extending inside the third tank, on which are mounted rotating stirring blades capable of being actuated in rotation around a vertical axis at the using a motor.
  • the shearing device makes it possible to increase in a controlled manner the viscosity of the “pre-emulsion” before its transfer in the form of explosive emulsion precursor to the third storage tank via the third means of circulation by pumping the emulsion.
  • the fourth tank (16), the third stirring means (17) and the fourth pumping circulation means (18) of the preemulsion are included in the first container (A).
  • the modular installation according to the invention does not have a fourth tank for the preparation of a pre-emulsion.
  • the first and second tank communicate directly with the shearing device respectively via first and second pumping circulation means.
  • the shearing device can be a dynamic mixer.
  • the installation according to the invention may comprise an electrical cabinet for controlling the electrical supply of the entire installation, said cabinet being preferably arranged in the first container (A).
  • the modular installation according to the invention also comprises a control console capable of controlling the different means of circulating fluid by pumping, the different stirring means, the different heating means.
  • the control console advantageously makes it possible to have all the elements necessary for controlling the preparation of the emulsion precursor.
  • the control console also allows you to control various valves and flow meters present in the modular installation.
  • the control console also makes it possible to control the electrical cabinet making it possible to control the electrical supply of the entire installation.
  • the installation according to the invention comprises means for supplying electrical energy to supply electricity to at least the circulation means by pumping (5, 11, 14, 18) and the stirring means (4 , 10, 17).
  • the means of supplying electrical energy comprise a generator and/or an air compressor.
  • the modular installation comprises a second container (B) in which at least the means for supplying electrical energy corresponding to a generator and/or an air compressor are arranged.
  • the modular installation comprises only the first container (A). In other words, in this embodiment the modular installation does not have a second container.
  • the electrical energy supply means corresponding to a generator and an air compressor are supplied directly on site.
  • the compressor makes it possible in particular to supply air to the various pneumatic pumps forming part of the installation according to the invention.
  • the control console can be placed in the first container (A), in the second container (B) or outside these containers.
  • the installation comprises a first container comprising:
  • the third tank for preparing a pre-emulsion and a second container (B) comprising at least the energy supply means.
  • the first container (A) and/or the second container (B) present in the installation according to the invention are provided with at least one door on at least one of their transverse walls. These doors allow in particular the entry and exit of the different elements composing the modular installation but also the passage of operators for the installation, commissioning or maintenance of the different elements composing the modular installation according to the invention.
  • the modular installation according to the invention does not have a buffer tank intended to temporarily collect the emulsion f) before its storage in at least a third storage tank (13).
  • the absence of a buffer tank to temporarily collect the explosive emulsion precursor advantageously makes it possible to reduce the size of the modular installation and thus make it more compact.
  • the third tank for storing (13) the emulsion f) is provided with means for sampling said emulsion.
  • This arrangement advantageously makes it possible to take samples of the explosive emulsion precursor directly from the storage tank and provides a modular installation for the manufacture of a more compact explosive emulsion precursor.
  • the means for sampling the explosive emulsion precursor are advantageously arranged at a closable opening of the storage tank, preferably at the level of the opening through which the explosive emulsion precursor is intended to enter, so as to be able to carry out a sampling and/or an analysis of the explosive emulsion precursor automatically or semi-automatically before its storage in said tank.
  • the sampling and/or analysis of the explosive emulsion precursor is carried out automatically or semi-automatically thanks to the presence of analytical laboratory furniture and equipment and a desk. control capable of controlling the means for sampling the explosive emulsion precursor.
  • control capable of controlling the means for sampling the explosive emulsion precursor.
  • the different tanks of the modular installation can be supported by load cells advantageously making it possible to precisely determine and control the quantity of respectively the aqueous phase, the oily phase, the possible pre-emulsion and the precursor of the explosive emulsion.
  • the different tanks of the modular installation comprise one or more closable openings intended for the passage of people, in particular for maintenance operations.
  • the first (2), second (8), third (13) and fourth (16) tanks comprise closable openings through which fluid transfer pipes are connected between said tanks and/or or electrical cables.
  • the fluid transfer pipes and/or electrical cables consist of portions of cables or portions of pipe comprising at their ends connection elements that can be connected and disconnected to complementary sockets present at said walls of one or more closable openings present on different tanks of the modular installation.
  • the fluid transfer pipes and/or the electrical cables are made up of portions of cables or portions of pipe capable of being fixed via connection plugs present at the level of other connection elements and/or at the level one or more closable openings.
  • the connection plugs allow quick connections and disconnections of different portions of cables and/or portions of conduits.
  • the fluid transfer pipes include:
  • the modular installation also includes different pumping groups including: - a water supply pump to the first tank from a water storage tank,
  • a pump for circulating the aqueous phase from the first tank to the shearing device or to the fourth tank for preparing a pre-emulsion
  • a pump for evacuating the emulsion from the shearing device to the emulsion storage tank.
  • the modular installation according to the invention is characterized in that:
  • the first tank (2) comprises at least a) an opening through which passes a portion of pipe for transferring the aqueous phase from the first tank (2) directly or indirectly to the shearing device (6), a portion of pipe transfer of heat transfer fluid between the heat transfer fluid supply means (15) and the first heating means (3), and a portion of water supply pipe to the first tank (2) from a storage tank of water (19) and b) an opening through which a portion of nitrate transfer pipe passes from a nitrate storage tank (7)
  • the second tank (8) comprises at least one opening through which a portion of transfer pipe for the oily phase passes from the second tank (8) directly or indirectly to the shearing device (6), a portion of transfer pipe of heat transfer fluid between the heat transfer fluid supply means (15) and the second heating means (9), and portions of supply pipe for components of the oily phase from external storage tanks (12)
  • the third storage tank comprises at least one opening through which a portion of the emulsion transfer pipe f) from the shearing device (6) passes.
  • one or more of the tanks of the installation preferably each of said tanks, comprises a manhole for maintaining the tanks.
  • the components of the oily phase comprise a vegetable and/or mineral fatty substance and a surfactant, preferably said components comprise oil, fuel oil and a surfactant.
  • the installation according to the invention comprises a transfer pipe for conveying the components of the oily phase from storage tanks of each of the components to the second tank, using a cooperating pump with connection valves to which supply lines for each of the components are connected from the storage tanks.
  • the installation according to the invention comprises a transfer pipe for conveying the emulsion using a pump cooperating with a valve, from the shearing device to the third storage tank of the emulsion.
  • the installation according to the invention comprises a water transfer pipe from the hot water boiler to supply a pipe connected to an upper orifice of the first heating means via a valve and of the second heating means via a valve.
  • the modular installation according to the invention has the advantage of being able to be easily modulated thanks to the addition of optional additional equipment, such as a cooling tower, which can be easily connected to the installation via connection plugs present at the level of connection elements and/or at the level of one or more closable openings.
  • optional additional equipment such as a cooling tower
  • the installation comprises a fifth tank comprising a module for cooling the explosive emulsion precursor, which may include a cooling tower associated with a plate exchanger.
  • the fifth tank is connected to the shearing device via a fluid transfer pipe and connection plugs present at the level of connection elements and/or at the level of one or more closable openings.
  • a second object of the invention concerns the use of the modular installation according to the invention for the manufacture of an explosive emulsion precursor consisting of an inverse emulsion of water in oil.
  • the use according to the invention comprises: a) a step of preparing an aqueous phase by dissolving the nitrate in water by heating, b) a step of preparing an oily phase by mixing components comprising at least one vegetable and/or mineral fatty substance and a surfactant by heating, c) a step of preparing an inverse water-in-oil emulsion in which the aqueous phase and the oily phase are, directly or under pre-emulsion form, subjected to shearing.
  • Step a) is carried out in a first tank.
  • step a) is carried out by dissolving ammonium nitrates, and/or sodium and/or calcium nitrates or a mixture of these salts, preferably ammonium nitrate, in the water.
  • the dissolution can be followed by the addition of additives promoting the and possibly additives making it possible to adjust the pH of the aqueous phase.
  • the Nitrates are added in a weight proportion of approximately 80-82% to 18-20% water.
  • Step a) is carried out at a temperature of at least 65° C (degrees Celsius), preferably at a temperature between 60 and 100° C, which advantageously facilitates the dissolution of nitrates in water .
  • Step b) is carried out in a second tank.
  • step b) is carried out by mixing a vegetable and/or mineral fatty substance such as paraffinic and fuel oils, preferably in a weight proportion of 50/50 to 80/20 with a quantity of surfactant in a proportion of 10 to 30% by weight relative to the total weight of the oily phase.
  • Step b) is carried out at a temperature between 40 and 90°C, preferably between 50 and 60°C (degrees Celsius). This temperature makes it possible to reduce the temperature difference with the aqueous phase and to facilitate their mixing.
  • the shearing of step c) can be carried out using a shearing device, which can be a static or dynamic mixer.
  • the shear makes it possible to increase in a controlled manner the viscosity of the composition comprising the aqueous phase and the oily phase or of a pre-emulsion obtained from the aqueous phase and the oily phase, and to obtain a precursor of explosive emulsion.
  • the aqueous phase and the oily phase are directly transferred via fluid transfer pipes from the first and the second tank respectively to a shearing device.
  • the shearing device can be a dynamic mixer.
  • step c) the aqueous phase and the oily phase are transferred in the form of pre-emulsion via fluid transfer lines from a fourth tank for preparing the pre-emulsion to a device for preparing the pre-emulsion. shear.
  • step c) therefore comprises two successive sub-steps:
  • pre-emulsion a first sub-step in which the aqueous phase and the oily phase are mixed using stirring means so as to form a first mixture called “pre-emulsion” and
  • the stirring means may comprise at least one vertical rod on which are mounted rotating stirring blades capable of being rotated around a vertical axis using a motor.
  • the shearing device may be a static mixer.
  • Step c) of the use according to the invention makes it possible to obtain an explosive emulsion precursor having a viscosity target value of between 10,000 and 35,000 cps (centipoise).
  • a viscosity target value of between 10,000 and 35,000 cps (centipoise).
  • 80 to 90%, preferably 90% of aqueous phase and approximately 10 to 20%, preferably 10% of oily phase by weight relative to the total weight of the explosive emulsion precursor are directly subjected to the shear or mixed to obtain a pre-emulsion before being subjected to shear.
  • step c) is followed by a step d) in which the emulsion formed in step c) is stored in a third storage tank.
  • Step d) can be followed or preceded by a step of cooling the emulsion formed in step c).
  • Example 1 Qualification tests of the means of supplying the heat transfer fluid to heat the aqueous phase
  • the means of supplying the heat transfer fluid is a hot water boiler in the installation according to the invention unlike the installations of the prior art which use steam boilers.
  • the characteristics of the heating system including the hot water boiler and the helical-shaped tubular heat exchanger composed of two tubes arranged in a staggered pattern are as follows:
  • test conditions are as follows:
  • Example 2 Monitoring different parameters during the manufacture of the aqueous phase
  • This test illustrates the monitoring of different parameters during the manufacture of the aqueous phase.
  • the different parameters monitored are:
  • test conditions are as follows:
  • the total time is 3hl2min for the preparation of the aqueous phase.

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Abstract

La présente invention concerne une installation modulaire (1) pour la fabrication d'un précurseur d'émulsion explosive constitué d'une émulsion inverse d'eau dans l'huile comprenant : - une première cuve (2) pour la préparation d'une phase aqueuse comprenant un premier moyen de chauffage (3) et des premiers moyens d'agitation de la phase aqueuse (4), la première cuve communiquant avec des premiers moyens de circulation par pompage (5) de a) la phase aqueuse directement ou indirectement vers un dispositif de cisaillement (6) pour la préparation de l'émulsion inverse d'eau, b) de l'eau d'alimentation de la première cuve depuis une cuve de stockage d'eau, et c) du nitrate depuis une cuve de stockage du nitrate (7), - une deuxième cuve (8) pour la préparation d'une phase huileuse comprenant un deuxième moyen de chauffage (9) et des deuxièmes moyens d'agitation de la phase huileuse (10), ladite deuxième cuve communiquant avec des deuxièmes moyens de circulation par pompage (11) de d) la phase huileuse depuis la deuxième cuve directement ou indirectement vers un dispositif de cisaillement (6) et e) des composants de la phase huileuse depuis des cuves externes de stockage des composants (12) vers la deuxième cuve (8), - au moins une troisième cuve de stockage (13) de l'émulsion communiquant avec le dispositif de cisaillement (6) via des troisièmes moyens de circulation par pompage (14) de f) l'émulsion inverse d'eau dans l'huile, - un moyen de fourniture de fluide caloporteur (15) pour alimenter en fluide caloporteur le premier (3) et deuxième (9) moyens de chauffage ladite installation étant caractérisée en ce que le moyen de fourniture de fluide caloporteur (15) est une chaudière à eau chaude et en ce que le premier moyen de chauffage (3) est un échangeur thermique tubulaire de forme hélicoïdale composé de deux tubes disposés en quinconce.

Description

Titre de l'invention
Installation modulaire compacte pour la préparation d'un précurseur d'émulsion explosive
Domaine technique
La présente invention concerne une installation modulaire compacte pour la préparation d'un précurseur d'émulsion explosive et l'utilisation de l'installation modulaire selon l'invention pour la fabrication d'un précurseur d'émulsion explosive constitué d'une émulsion inverse d'eau dans l'huile.
Technique antérieure
Les précurseurs d'explosifs sont généralement fabriqués sur site en mélangeant une phase aqueuse comprenant des nitrates et constituant un comburant avec une phase huileuse contenant un agent tensioactif et constituant un combustible. Le mélange sur site pour la fabrication de précurseurs d'explosifs permet de limiter les risques liés au transport.
La phase aqueuse est généralement préparée par dissolution de nitrates d'ammonium et/ou de nitrates de sodium et/ou de nitrates de calcium dans de l'eau avec ajout d'additifs pour favoriser la gazéification et éventuellement des additifs permettant d'ajuster le pH de la phase aqueuse. De sorte à faciliter la dissolution des nitrates, dont la proportion pondérale se situe aux alentours de 80 %, l'eau est chauffée à une température d'au moins 65 °C de préférence à une température d'au moins 85°C.
La phase huileuse comprend un mélange de différents corps gras végétaux et/ou minéraux et d'agents tensioactifs. La phase huileuse peut par exemple être obtenue par mélange d'huiles minérales neuves ou récupérées, telles que des huiles de paraffine ou de fioul avec une quantité d'agents tensioactifs dans une proportion de 10 à 30 % du total de la phase huileuse. La phase huileuse est généralement chauffée entre 40 et 90 °C de sorte à réduire l'écart de température avec la phase aqueuse et favoriser leur mélange. Pour l'obtention de l'émulsion constituant un précurseur d'explosif, un prémix ou pré-émulsion de faible viscosité est préparé dans une cuve à l'aide de moyens d'agitation. La faible viscosité de cette préémulsion confère une stabilité et une consistance insuffisantes à cette pré-émulsion pour la préparation d'un explosif, c'est pourquoi un dispositif de cisaillement est utilisé pour augmenter la viscosité de cette pré-émulsion. L'émulsion constituant le précurseur d'explosif sera ultérieurement rendue explosive par ajouts et mélange de réactifs chimiques tel qu'une solution de nitrite de sodium et/ou des agents sensibilisants solides tels que des microsphères de verre dans des unités de fabrication sur site juste avant utilisation comme explosif.
De sorte à limiter les risques et tenir compte de la spécificité de l'émulsion constituant le précurseur d'explosif il a été proposé dans l'art antérieur de préparer celle-ci sur site à l'aide d'une installation modulaire transportable et pouvant être montée sur site. Pour faciliter le transport des différents éléments nécessaires pour la préparation de l'émulsion, ces derniers sont transportés dans plusieurs conteneurs qui vont être agencés sur place. Il existe également des installations modulaires comprenant plusieurs conteneurs permettant de ne pas réaliser les différentes étapes de préparation du précurseur de l'émulsion au sein d'un même conteneur.
Cependant, la présence de nombreux conteneurs ne facilite pas leur transport, leur agencement et la modularité de l'installation. Une grande surface est également nécessaire pour ce type d'installation. De plus, ces installations sont destinées à la préparation de grandes quantités de précurseurs d'émulsion explosive, de l'ordre de 10 000 tonnes par an et ne sont donc pas adaptées pour la production de plus faibles quantités et à plus faibles coûts.
Il existe donc un besoin de disposer d'une installation pour la fabrication d'un précurseur d'émulsion explosive, qui soit de taille mesurée, peu complexe, facile à installer, facile à démonter et à transporter de sorte à pouvoir préparer facilement et dans des conditions sécurisées sur ou à proximité du site de mise en œuvre d'une composition explosive, un précurseur d'émulsion explosive apte à être utilisé pour la préparation d'une composition explosive. Il existe notamment un besoin de disposer d'une installation modulaire dont la mise en œuvre est simple, rapide, peu coûteuse, sécurisée, et facile à mettre en œuvre pour la préparation de faibles quantités ou quantités modérées de précurseur d'émulsion explosive, par exemple de l'ordre de 1500 à 2500 t/an.
En particulier, il existe un besoin de disposer d'une installation modulaire de taille mesurée pour la préparation de faibles quantités de précurseur d'émulsion explosive de sorte à limiter les coûts de préparation mais également pour pouvoir avantageusement préparer à la demande les quantités nécessaires de précurseur d'émulsion explosive pour la préparation d'une composition explosive et ainsi favoriser l'obtention d'une composition explosive présentant de bonnes caractéristiques pyrotechniques.
Il existe aussi un besoin de disposer d'une utilisation d'une installation modulaire pour la préparation d'un précurseur d'émulsion explosive qui soit simple, rapide, peu coûteux, sécurisé, facile à mettre en œuvre sur ou à proximité du site de mise en œuvre d'une composition explosive.
A cet effet, la présente invention fournit avantageusement une installation pour la préparation d'un précurseur d'émulsion explosive dont les éléments la composant sont avantageusement aptes à être réunis au sein d'un seul conteneur, et une utilisation de ladite installation pour la préparation d'un précurseur d'émulsion explosive répondant aux besoins existants susmentionnés.
La Demanderesse s'est rendu compte qu'il était possible de disposer d'une installation pour la préparation d'un précurseur d'émulsion explosive, qui soit de taille mesurée, peu complexe, facile à installer, à démonter et à transporter de sorte à pouvoir préparer de façon sécurisée sur site, un précurseur d'émulsion explosive et en particulier en des quantités faibles à modérées. La Demanderesse s'est également rendu compte qu'il était possible d'utiliser l'installation modulaire selon l'invention pour la fabrication d'un précurseur d'émulsion explosive constitué d'une émulsion inverse d'eau dans l'huile, qui soit facile et peu coûteux à mettre en œuvre et ce, même pour des quantités faibles à modérées. Résumé de l'invention
En conséquence, un premier objet de l'invention concerne une installation modulaire (1) pour la fabrication d'un précurseur d'émulsion explosive constitué d'une émulsion inverse d'eau dans l'huile comprenant :
- une première cuve (2) pour la préparation d'une phase aqueuse comprenant un premier moyen de chauffage (3) et des premiers moyens d'agitation de la phase aqueuse (4), la première cuve communiquant avec des premiers moyens de circulation par pompage (5) de a) la phase aqueuse directement ou indirectement vers un dispositif de cisaillement (6) pour la préparation de l'émulsion inverse d'eau, b) de l'eau d'alimentation de la première cuve depuis une cuve de stockage d'eau, et c) du nitrate depuis une cuve de stockage du nitrate
(7),
- une deuxième cuve (8) pour la préparation d'une phase huileuse comprenant un deuxième moyen de chauffage (9) et des deuxièmes moyens d'agitation de la phase huileuse (10), ladite deuxième cuve communiquant avec des deuxièmes moyens de circulation par pompage (11) de d) la phase huileuse depuis la deuxième cuve directement ou indirectement vers un dispositif de cisaillement (6) et e) des composants de la phase huileuse depuis des cuves externes de stockage des composants (12) vers la deuxième cuve
(8),
- au moins une troisième cuve de stockage (13) de l'émulsion communiquant avec le dispositif de cisaillement (6) via des troisièmes moyens de circulation par pompage (14) de f) l'émulsion inverse d'eau dans l'huile
- un moyen de fourniture de fluide caloporteur (15) pour alimenter en fluide caloporteur le premier (3) et deuxième (9) moyens de chauffage ladite installation étant caractérisée en ce que le moyen de fourniture de fluide caloporteur (15) est une chaudière à eau chaude et en ce que le premier moyen de chauffage (3) est un échangeur thermique tubulaire de forme hélicoïdale composé de deux tubes disposés en quinconce.
Un deuxième objet de l'invention concerne l'utilisation de l'installation modulaire selon le premier objet de l'invention pour la fabrication d'un précurseur d'émulsion explosive constitué d'une émulsion inverse d'eau dans l'huile.
L'utilisation selon l'invention permet avantageusement de pouvoir fabriquer facilement, et à moindres coûts, des quantités faibles à modérées d'un précurseur d'émulsion explosive constitué d'une émulsion inverse d'eau dans l'huile.
Brève description des dessins
[Fig. 1] La figure 1 représente une vue en perspective de l'installation selon l'invention, sur laquelle on distingue - une première cuve (2) pour la préparation d'une phase aqueuse comprenant un premier moyen de chauffage (3) qui est un échangeur thermique tubulaire de forme hélicoïdale composé de deux tubes disposés en quinconce, des premiers moyens d'agitation de la phase aqueuse (4), la première cuve communiquant avec des premiers moyens de circulation par pompage (5) de a) la phase aqueuse directement ou indirectement vers un dispositif de cisaillement (6) pour la préparation de l'émulsion inverse d'eau, b) de l'eau d'alimentation de la première cuve depuis une cuve de stockage d'eau, et c) du nitrate depuis une cuve de stockage du nitrate (7), - une deuxième cuve (8) pour la préparation d'une phase huileuse comprenant un deuxième moyen de chauffage (9) et des deuxièmes moyens d'agitation de la phase huileuse (10), ladite deuxième cuve communiquant avec des deuxièmes moyens de circulation par pompage (11) de d) la phase huileuse depuis la deuxième cuve directement ou indirectement vers un dispositif de cisaillement (6) et e) des composants de la phase huileuse depuis des cuves externes de stockage des composants (12) vers la deuxième cuve (8), - au moins une troisième cuve de stockage (13) de l'émulsion communiquant avec le dispositif de cisaillement (6) via des troisièmes moyens de circulation par pompage (14) de f) l'émulsion inverse d'eau dans l'huile et - un moyen de fourniture de fluide caloporteur (15) qui est une chaudière à eau chaude pour alimenter en fluide caloporteur le premier (3) et deuxième (9) moyens de chauffage.
[Fig. 2] La figure 2 représente une vue en perspective de l'installation selon l'invention comprenant une quatrième cuve (16) pour la préparation d'une pré-émulsion composée du mélange de la phase aqueuse et de la phase huileuse, ladite cuve comprenant des troisièmes moyens d'agitation (17) et communiquant avec la première cuve (2) via les premiers moyens de circulation par pompage (5), avec la deuxième cuve (8) via les deuxièmes moyens de circulation par pompage (11) et avec le dispositif de cisaillement (6) via des quatrièmes moyens de circulation par pompage de la pré-émulsion (18).
[Fig. 3] La figure 3 représente l'installation selon l'invention dans laquelle plusieurs éléments sont compris dans un même conteneur (A).
[Fig. 4] La figure 4 représente la première cuve (2) comprenant un premier moyen de chauffage, qui est un échangeur thermique tubulaire de forme hélicoïdale composé de deux tubes disposés en quinconce.
Description détaillée de l'invention
La présente invention concerne une installation modulaire (1) pour la fabrication d'un précurseur d'émulsion explosive constitué d'une émulsion inverse d'eau dans l'huile comprenant :
- une première cuve (2) pour la préparation d'une phase aqueuse comprenant un premier moyen de chauffage (3) et des premiers moyens d'agitation de la phase aqueuse (4), la première cuve communiquant avec des premiers moyens de circulation par pompage (5) de a) la phase aqueuse directement ou indirectement vers un dispositif de cisaillement (6) pour la préparation de l'émulsion inverse d'eau, b) de l'eau d'alimentation de la première cuve depuis une cuve de stockage d'eau, et c) du nitrate depuis une cuve de stockage du nitrate (7), - une deuxième cuve (8) pour la préparation d'une phase huileuse comprenant un deuxième moyen de chauffage (9) et des deuxièmes moyens d'agitation de la phase huileuse (10), ladite deuxième cuve communiquant avec des deuxièmes moyens de circulation par pompage (11) de d) la phase huileuse depuis la deuxième cuve directement ou indirectement vers un dispositif de cisaillement (6) et e) des composants de la phase huileuse depuis des cuves externes de stockage des composants (12) vers la deuxième cuve (8),
- au moins une troisième cuve de stockage (13) de l'émulsion communiquant avec le dispositif de cisaillement (6) via des troisièmes moyens de circulation par pompage (14) de f) l'émulsion inverse d'eau dans l'huile
- un moyen de fourniture de fluide caloporteur (15) pour alimenter en fluide caloporteur le premier (3) et deuxième (9) moyens de chauffage ladite installation étant caractérisée en ce que le moyen de fourniture de fluide caloporteur (15) est une chaudière à eau chaude et en ce que le premier moyen de chauffage (3) est un échangeur thermique tubulaire de forme hélicoïdale composé de deux tubes disposés en quinconce.
La présente demande propose donc une installation modulaire pour la fabrication d'un précurseur d'émulsion explosive constitué d'une émulsion inverse d'eau dans l'huile dont le volume et la taille des éléments qui la composent est fortement réduite par rapport à celle des installations existantes. On entend par installation modulaire au sens de l'invention, une installation comprenant plusieurs éléments pouvant être liés les uns aux autres.
L'installation modulaire selon l'invention est facile à transporter, à agencer et présente un faible encombrement, notamment au sol, du fait du nombre réduit de cuves, tout en offrant des conditions de mise en œuvre sécurisées pour la préparation d'un précurseur d'émulsion explosive.
La taille réduite de l'installation du fait d'un nombre et d'un volume limité de cuves permet de diminuer le temps d'installation mais aussi le coût de transport et de mise en place de cette installation.
Le nombre et le volume limité des cuves comprises dans l'installation selon l'invention, permettent de disposer tout ou partie des éléments composant l'installation, de préférence tout, dans un seul et unique conteneur. La possibilité de disposer tout ou partie des éléments composant l'installation dans un seul conteneur permet de faciliter le transport de l'installation, de faciliter son installation et de limiter l'encombrement au sol.
Le fait de disposer d'une installation modulaire pour la fabrication d'un précurseur d'émulsion explosive dont les éléments qui la composent sont de volume et de taille réduite, permet également de pouvoir produire facilement des quantités faibles à modérées de précurseur d'émulsion explosive, tout en maîtrisant les coûts de production. La présente invention propose de façon originale la mise en œuvre d'une chaudière à eau chaude comme moyen de fourniture de fluide caloporteur. Cette caractéristique permet avantageusement de s'affranchir des contraintes réglementaires liées à l'utilisation d'un moyen de fourniture de fluide caloporteur nécessitant une mise sous pression, comme une chaudière à vapeur d'eau, qui peuvent être complexe en fonction des pays. L'utilisation d'une chaudière à eau chaude comme moyen de fourniture de fluide caloporteur permet également de diminuer les coûts de la préparation du précurseur d'émulsion explosive étant donné la plus faible température du fluide caloporteur en comparaison à une chaudière à vapeur d'eau. L'utilisation d'eau chaude comme fluide caloporteur permet également de limiter les risques liés à une température et/ou une pression élevée mais aussi les éventuels risques de pollution de l'environnement envisageables avec un autre type de fluide caloporteur.
Dans le cadre de l'invention, on entend par nitrates, des nitrates d'ammonium, et/ou des nitrates de sodium et/ou des nitrates de calcium, ou un mélange de ces sels, de préférence le nitrate d'ammonium.
Au sens de l'invention, on entend par « pré-émulsion » le mélange pouvant être formé par mélange de la phase aqueuse et de la phase huileuse au sein d'une quatrième cuve à l'aide de moyens d'agitation mais dont la faible viscosité confère une stabilité et une consistance insuffisantes pour la préparation d'un précurseur d'émulsion explosive.
Dans le cadre de la présente invention, la phase aqueuse est préparée typiquement par dissolution de nitrates d'ammonium, et/ou de sodium et/ou de calcium dans de l'eau dans laquelle on ajoute des additifs favorisant la gazéification et éventuellement des additifs permettant d'ajuster le pH de la phase aqueuse. En raison de la grande concentration de nitrates (en proportion pondérale d'environ 80-82 % pour 18-20 % d'eau) et afin de faciliter leur dissolution, l'eau est chauffée à une température d'au moins 65°C (degrés Celsius), de préférence à une température de 85°C.
Dans le cadre de la présente invention, les composants de la phase huileuse sont différents corps gras végétaux et/ou minéraux et d'agents tensioactifs. La phase huileuse peut être obtenue par mélange d'huiles minérales neuves ou de récupération telle que des huiles paraffiniques et de fioul, de préférence dans une proportion pondérale de 50/50 à 80/20 avec une quantité d'agents tensioactifs dans une proportion de 10 à 30 % en poids par rapport au poids total de la phase huileuse.
Pour favoriser le mélange et réduire l'écart de température entre la phase aqueuse et la phase huileuse avant leur mélange dans la troisième cuve, la phase huileuse est chauffée à environ 40-90° C, de préférence 50-70°C.
L'installation modulaire selon l'invention permet la fabrication d'un précurseur d'émulsion explosive constitué d'une émulsion inverse d'eau dans l'huile selon les étapes principales suivantes : a) une étape de préparation d'une phase aqueuse par dissolution du nitrate dans de l'eau en chauffant, b) une étape de préparation d'une phase huileuse par mélange de composants comprenant au moins un corps gras végétal et/ou minérale et un agent tensioactif en chauffant, c) une étape de préparation d'une émulsion inverse d'eau dans l'huile à l'aide d'un dispositif de cisaillement. Selon un mode de réalisation particulier, l'étape c) peut être précédée d'une étape de préparation d'une pré-émulsion par mélange de la phase aqueuse avec la phase huileuse.
L'installation selon la présente invention, comprend également des moyens de circulation de fluide par pompage d'eau pour alimenter en eau la chaudière d'eau chaude depuis une cuve de stockage d'eau et des moyens de circulation de fluide par pompage de fioul pour alimenter en fioul la chaudière d'eau chaude depuis une cuve de stockage du fioul.
Dans le cadre de la présente invention, on entend par échangeur thermique tubulaire, un dispositif tubulaire permettant de transférer par conduction, de l'énergie thermique d'un fluide vers un autre sans les mélanger. Le flux thermique traverse la surface d'échange qui sépare les fluides.
Selon un aspect particulier de l'installation modulaire, le deuxième moyen de chauffage (9) est un échangeur thermique tubulaire de forme hélicoïdale.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le deuxième moyen de chauffage est un échangeur thermique tubulaire composé de deux tubes hélicoïdaux disposés en quinconce.
La géométrie particulière des échangeurs thermiques tubulaires de forme hélicoïdale présents dans la première et éventuellement dans la deuxième cuve permet avantageusement de faciliter les échanges thermiques avec respectivement la phase aqueuse et la phase huileuse.
En particulier, la mise en œuvre d'un échangeur thermique tubulaire de forme hélicoïdale composé de deux tubes hélicoïdaux disposés en quinconce comme premier moyen de chauffage de la première cuve, est particulièrement avantageux car il permet d'améliorer les échanges thermiques entre la phase aqueuse et le fluide caloporteur compris dans ledit élément thermique tubulaire et donc de chauffer plus facilement, plus rapidement, de manière homogène et à plus faibles coûts la phase aqueuse. Ces effets avantageux sont permis en particulier grâce à la géométrie particulière de l'échangeur thermique en particulier la disposition en quinconce des deux tubes hélicoïdaux qui le compose et qui permet un contact amélioré de la phase aqueuse avec le fluide caloporteur. De plus, cette géométrie en quinconce favorise avantageusement l'agitation de la phase aqueuse en régime turbulent sur l'échangeur ce qui favorise l'échange thermique entre le fluide caloporteur et ladite phase aqueuse.
L'échangeur thermique tubulaire de la première cuve permet de chauffer facilement des quantités faibles à modérées de phase aqueuse. De façon avantageuse, l'échangeur thermique tubulaire de la première cuve permet de chauffer la phase aqueuse rapidement et facilement à une température d'au moins 65°C (degrés Celsius), de préférence d'au moins 70°C et de façon encore préférée à une température de 85°C.
Les deuxièmes moyens de chauffage de l'installation modulaire et en particulier l'échangeur thermique tubulaire de forme hélicoïdale de la deuxième cuve, permet de chauffer la phase huileuse à une température comprise entre 40 et 90 °C, de préférence entre 50 et 60°C (degrés Celsius).
De façon générale, l'installation modulaire selon l'invention permet avantageusement de pouvoir chauffer facilement et rapidement des quantités faibles à modérées de phase aqueuse et/ou de phase huileuse grâce à la présence de la chaudière d'eau chaude comme moyen de fourniture de fluide caloporteur et à la présence d'un échangeur thermique tubulaire de forme hélicoïdale composé de deux tubes disposés en quinconce.
La géométrie particulière de l'échangeur thermique permet avantageusement de mettre en œuvre une chaudière d'eau chaude comme moyen de fourniture de fluide caloporteur à la place d'une chaudière à vapeur et donc de palier les inconvénients qui y sont associés, tout en assurant un chauffage suffisant de la phase aqueuse et/ou de la phase huileuse.
L'échangeur thermique tubulaire de la première cuve peut présenter une longueur comprise entre 30 et 100 mètres, de préférence entre 70 et 80 mètres et un diamètre compris entre 30 et 100 mm, de préférence entre 40 et 70 mm.
Le deuxième moyen de chauffage de l'installation modulaire et de préférence l'échangeur thermique tubulaire de forme hélicoïdale, peut présenter une longueur comprise entre 30 et 100 mètres, de préférence entre 70 et 80 mètres et un diamètre compris entre 30 et 100 mm, de préférence entre 40 et 70 mm.
Dans le cadre de la présente invention, les premiers et deuxièmes moyens d'agitation sont respectivement contenus dans la première et la deuxième cuve. Ces premiers et deuxièmes moyens d'agitation permettent respectivement d'agiter la phase aqueuse et la phase huileuse et donc de favoriser les échanges thermiques avec les échangeurs thermiques tubulaires de forme hélicoïdale et donc de faciliter le chauffage de la phase aqueuse et la phase huileuse. Les premiers moyens d'agitation permettent avantageusement de mieux répartir la chaleur au sein de la première cuve et de favoriser la dissolution homogène des granulés de nitrate dans la cuve.
Dans le cadre de la présente invention, les moyens d'agitation comprennent au moins une tige verticale s'étendant à l'intérieur de la cuve dans laquelle ils sont compris et sur laquelle sont montées des pâles rotatives d'agitation aptes à être actionnées en rotation autour d'un axe vertical à l'aide d'un moteur.
Dans le cadre de la présente invention, la cuve de stockage du nitrate comprend une trémie reliée à une vis doseuse permettant d'acheminer le nitrate vers la première cuve. L'installation selon la présente invention peut comprendre une ou plusieurs troisièmes cuves de stockage de l'émulsion, de préférence elle comprend deux cuves de stockage de l'émulsion.
Dans le cadre de l'invention les moyens de circulation de fluide par pompage correspondent à des conduites de transfert de fluide associées à des pompes équ ipées de débitmètres massiq ues. Il peut s'ag ir pa r exemple de pompes de dosage à cavité progressive entraînée par un motoréducteu r électriq ue.
Selon un aspect particulier de l'invention, le premier (3) et le deuxième moyen de chauffage (9) sont disposés au niveau de tout ou partie de la périphérie interne des parois de respectivement la première cuve (2) et de la deuxième cuve (8).
On entend par « périphérie interne des parois » de respectivement la première et deuxième cuve, la zone interne desdites cuves située à proximité de la surface interne parois, de préférence située à une distance comprise entre 8 et 30 cm, de préférence encore entre 11 et 18 cm de la surface interne des parois des cuves.
Par « tout ou partie de la périphérie interne » des parois desdites cuves, on entend au sens de la présente invention que le premier et deuxièmes moyens de chauffage sont disposés sur au moins 50 %, de préférence au moins 60 %, de préférence encore au moins 80%, de la hauteur de la périphérie interne de la paroi de la première cuve et/ou la deuxième cuve.
Selon un aspect particulier de l'invention, le premier moyen de chauffage (3) est disposé sur au moins 50 % de la hauteur de la périphérie interne de la paroi de la première cuve (2).
De préférence, le premier moyen de chauffage est disposé sur au moins 80 % de la hauteur de la périphérie interne de la paroi de la première cuve.
Selon un aspect encore particulier de l'invention, le deuxième moyen de chauffage et de préférence l'échangeur thermique tubulaire de forme hélicoïdale est disposé sur au moins 80 % de la hauteur de la périphérie interne de la paroi de la deuxième cuve.
L'installation selon la présente invention comprend également une cuve de stockage d'eau destinée à alimenter la chaudière et la première cuve, une cuve de stockage de nitrates, une cuve de stockage pour chacun des composants de la phase huileuse lesdits composants étant un corps gras végétal et/ou minéral de préférence minéral, et un agent tensioactif, une cuve de stockage de fioul pour alimenter en énergie la chaudière d'eau chaude.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'installation selon l'invention, tout ou partie des cuves sont de forme cylindrique.
L'installation modulaire selon l'invention présente donc l'avantage d'être compacte. Du fait de cette compacité, les éléments composant l'installation sont réunis au sein d'un seul conteneur, ou éventuellement deux conteneurs. Le fait de disposer d'un seul conteneur, ou éventuellement deux conteneurs, permet avantageusement de pouvoir transporter facilement l'installation modulaire. Ainsi, selon un aspect particulier l'invention concerne une installation modulaire dans laquelle :
- la première cuve (2) pour la préparation de la phase aqueuse,
- le premier (3) et deuxième moyen (9) de chauffage,
- les premiers (4) et deuxièmes (10) moyens d'agitation,
- les premiers (5), deuxièmes (11) et troisièmes (14) moyens de circulation par pompage,
- la deuxième cuve (8) pour la préparation de la phase huileuse,
- le dispositif de cisaillement (6) et
- la chaudière d'eau chaude (15), sont compris dans un premier conteneur (A).
Plus particulièrement, le premier conteneur (A) contient :
- la première cuve (2) pour la préparation de la phase aqueuse,
- le premier (3) et deuxième moyen (9) de chauffage,
- les premiers (4) et deuxièmes (10) moyens d'agitation,
- les premiers (5), deuxièmes (11) et troisièmes (14) moyens de circulation par pompage,
- la deuxième cuve (8) pour la préparation de la phase huileuse,
- le dispositif de cisaillement (6) et
- la chaudière d'eau chaude (15), de l'installation modulaire selon l'invention.
Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, le premier conteneur (A) ne contient pas de moyens de fourniture d'énergie correspondant à un groupe électrogène et/ou un compresseur à air.
Selon un aspect particulièrement préféré, l'invention concerne une installation modulaire dans laquelle :
- la première cuve (2) pour la préparation de la phase aqueuse,
- le premier (3) et deuxième moyen (9) de chauffage,
- les premiers (4) et deuxièmes (10) moyens d'agitation,
- les premiers (5), deuxièmes (11) et troisièmes (14) moyens de circulation par pompage,
- la deuxième cuve (8) pour la préparation de la phase huileuse,
- le dispositif de cisaillement (6) et
- la chaudière d'eau chaude (15), sont contenu uniquement dans un seul conteneur (A). Le dispositif de cisaillement permet d'augmenter de façon contrôlée la viscosité de la composition ou du mélange comprenant la phase aqueuse et la phase huileuse de sorte à obtenir un précurseur d'émulsion explosive. De préférence le dispositif de cisaillement permet d'obtenir un précurseur d'émulsion explosive présentant une valeur consigne de viscosité comprise entre 10 000 et 35 000 cps (centipoise). Cette valeur de viscosité peut être mesurée avec un viscosimètre, par exemple un viscosimètre analogique de table.
Le dispositif de cisaillement de l'installation modulaire selon l'invention est disposé en amont de la troisième cuve de stockage de l'émulsion. Dans l'installation selon l'invention, le dispositif de cisaillement communique avec la troisième cuve de stockage via les troisièmes moyens de circulation par pompage de l'émulsion.
Selon un mode de réalisation particulier, l'installation modulaire selon l'invention comprend une quatrième cuve (16) pour la préparation d'une pré-émulsion composée du mélange de la phase aqueuse et de la phase huileuse, ladite cuve comprenant des troisièmes moyens d'agitation (17) et communiquant avec la première cuve (2) via les premiers moyens de circulation par pompage (5), avec la deuxième cuve (8) via les deuxièmes moyens de circulation par pompage (11) et avec le dispositif de cisaillement (6) via des quatrièmes moyens de circulation par pompage de la pré-émulsion (18).
Dans ce mode de réalisation la quatrième cuve est disposée en amont du dispositif de cisaillement.
Les troisièmes moyens d'agitation pour la préparation de l'émulsion comprennent des moyens aptes à mélanger la phase aqueuse et la phase huileuse de sorte à former une composition dite de « pré-émulsion ». Les troisièmes moyens d'agitation peuvent comprendre au moins une tige verticale s'étendant à l'intérieur de la troisième cuve, sur laquelle sont montées des pâles rotatives d'agitation aptes à être actionnées en rotation autour d'un axe vertical à l'aide d'un moteur. Le dispositif de cisaillement permet d'augmenter de façon contrôlée la viscosité de la « pré-émulsion » avant son transfert sous forme de précurseur d'émulsion explosive vers la troisième cuve de stockage via les troisièmes moyens de circulation par pompage de l'émulsion.
Selon un aspect particulier de ce mode de réalisation, la quatrième cuve (16), les troisièmes moyens d'agitation (17) et les quatrièmes moyens de circulation par pompage (18) de la préémulsion sont compris dans le premier conteneur (A).
Selon un autre mode de réalisation, l'installation modulaire selon l'invention est dépourvue de quatrième cuve pour la préparation d'une pré-émulsion. Dans ce mode de réalisation, la première et la deuxième cuve communiquent directement avec le dispositif de cisaillement respectivement via des premiers et deuxièmes moyens de circulation par pompage. Dans ce mode de réalisation, le dispositif de cisaillement peut être un mélangeur dynamique.
Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux car il permet d'améliorer la finesse de l'émulsion et d'augmenter ainsi la durée de conservation des propriétés physicochimiques de ladite émulsion. L'installation selon l'invention peut comprendre une armoire électrique pour piloter l'alimentation électrique de l'ensemble de l'installation, ladite armoire étant disposée de préférence dans le premier conteneur (A).
Selon un aspect préféré de l'invention, l'installation modulaire selon l'invention comprend également un pupitre de commande apte à commander les différents moyens de circulation de fluide par pompage, les différents moyens d'agitation, les différents moyens de chauffage. Le pupitre de commande permet avantageusement de disposer de tous les éléments nécessaires au contrôle de la préparation du précurseur d'émulsion. Le pupitre de commande permet également de commander différentes vannes et débitmètres présents dans l'installation modulaire. Le pupitre de commande permet également de commander l'armoire électrique permettant de piloter l'alimentation électrique de l'ensemble de l'installation.
Selon un aspect particulier, l'installation selon l'invention comprend des moyens de fourniture d'énergie électrique pour alimenter en électricité au moins les moyens de circulation par pompage (5, 11, 14, 18) et les moyens d'agitation (4, 10, 17).
Dans le cadre de la présente invention, les moyens de fourniture d'énergie électrique comprennent un groupe électrogène et/ou un compresseur à air.
Dans un mode de réalisation, l'installation modulaire comprend un deuxième conteneur (B) dans lequel sont disposés au moins les moyens de fourniture d'énergie électrique correspondant à un groupe électrogène et/ou un compresseur à air.
Dans un autre mode de réalisation particulièrement préféré, l'installation modulaire comprend seulement le premier conteneur (A). En d'autres termes, dans ce mode de réalisation l'installation modulaire est dépourvue de deuxième conteneur. Dans ce mode de réalisation, les moyens de fourniture d'énergie électrique correspondant à un groupe électrogène et un compresseur à air, sont fournis directement sur site.
Le compresseur permet en particulier d'alimenter en air les différentes pompes pneumatiques faisant partie de l'installation selon l'invention.
Le pupitre de commande peut être disposé dans le premier conteneur (A), dans le deuxième conteneur (B) ou à l'extérieur de ces conteneurs.
Dans un mode de réalisation particulier, l'installation comprend un premier conteneur comprenant :
- la première cuve pour la préparation de la phase aqueuse,
- les premiers et deuxièmes moyens de chauffage,
- les premiers, deuxièmes et lorsqu'ils sont présents les troisièmes, moyens d'agitation,
- les premiers, deuxièmes et troisièmes moyens de circulation de fluide par pompage, - la deuxième cuve pour la préparation de la phase huileuse,
- la chaudière d'eau chaude
- lorsqu'elle est présente, la troisième cuve pour la préparation d'une pré-émulsion et un deuxième conteneur (B) comprenant au moins les moyens de fourniture d'énergie.
Le premier conteneur (A) et/ou le deuxième conteneur (B) présents dans l'installation selon l'invention sont pourvus d'au moins une porte sur au moins une de leurs parois transversales. Ces portes permettent notamment l'entrée et la sortie des différents éléments composant l'installation modulaire mais également le passage des opérateurs pour l'installation, la mise en fonction ou la maintenance des différents éléments composant l'installation modulaire selon l'invention.
En particulier, l'installation modulaire selon l'invention est dépourvue de cuve tampon destinée à recueillir de façon temporaire l'émulsion f) avant son stockage dans au moins une troisième cuve de stockage (13).
L'absence de cuve tampon pour recueillir de façon temporaire le précurseur d'émulsion explosive permet avantageusement de diminuer la taille de l'installation modulaire et de la rendre ainsi plus compacte.
Plus particulièrement, la troisième cuve pour le stockage (13) de l'émulsion f) est pourvue de moyens de prélèvement de ladite émulsion.
Cet agencement permet avantageusement de réaliser des prélèvements du précurseur d'émulsion explosive directement au niveau de la cuve de stockage et permet de disposer d'une installation modulaire pour la fabrication d'un précurseur d'émulsion explosive plus compacte.
Les moyens de prélèvement du précurseur d'émulsion explosive sont avantageusement disposés au niveau d'une ouverture obturable de la cuve de stockage, de préférence au niveau de l'ouverture par laquelle le précurseur d'émulsion explosive est destiné à entrer, de sorte à pouvoir effectuer un prélèvement et/ou une analyse du précurseur d'émulsion explosive de façon automatique ou semi-automatique en amont de son stockage dans ladite cuve.
Selon un aspect préféré de l'invention, le prélèvement et/ou l'analyse du précurseur d'émulsion explosive est réalisé de façon automatique ou semi-automatique grâce à la présence de mobilier et matériel de laboratoire d'analyse et d'un pupitre de commande apte à contrôler les moyens de prélèvement du précurseur d'émulsion explosive. Ces éléments peuvent être disposés dans le deuxième conteneur (B) de l'invention ou bien dans un troisième conteneur (C).
Les différentes cuves de l'installation modulaire peuvent être supportées par des pesons permettant de façon avantageuse de déterminer et de contrôler de façon précise la quantité de respectivement la phase aqueuse, la phase huileuse, l'éventuelle pré-émulsion et du précurseur de l'émulsion explosive. Dans le cadre de l'invention, les différentes cuves de l'installation modulaire comprennent une ou plusieurs ouvertures obturables destinées au passage des personnes, notamment pour des opérations de maintenance.
Selon un aspect particulier de l'invention, la première (2), deuxième (8), troisième (13) et la quatrième (16) cuves comprennent des ouvertures obturables par lesquelles sont connectées des conduites de transfert de fluide entre lesdites cuves et/ou des câbles électriques.
Le fait que les ouvertures soient obturables permet de faciliter le transport de ces cuves, pleines ou vides.
Les conduites de transfert de fluide et/ou les câbles électriques sont constitués de portions de câbles ou de portions de conduite comportant à leurs extrémités des éléments de connexions connectables et dé-connectables à des prises complémentaires présentes au niveau desdites parois d'une ou plusieurs des ouvertures obturables présentes sur différentes cuves de l'installation modulaire.
De façon avantageuse, les conduites de transfert de fluide et/ou les câbles électriques sont constitués de portions de câbles ou de portions de conduite aptes à être fixés via des fiches de connexion présentes au niveau d'autres éléments de connexion et/ou au niveau d'une ou plusieurs ouvertures obturables. Les fiches de connexion permettent des connexions et des déconnexions rapides des différentes portions de câbles et/ou portions de conduites.
Dans le cadre de l'invention, les conduites de transfert de fluide comprennent :
- une conduite de transfert de la phase aqueuse depuis la première cuve directement vers le dispositif de cisaillement ou vers la quatrième cuve de préparation d'une pré-émulsion
- une conduite de transfert de fluide caloporteur entre les moyens de fourniture de fluide caloporteur et le moyen de chauffage de la première cuve, et
- une conduite de transfert de phase huileuse, depuis la deuxième cuve directement vers le dispositif de cisaillement ou vers la quatrième cuve de préparation d'une pré-émulsion
- une conduite de transfert de fluide caloporteur entre les moyens de fourniture de fluide caloporteur et le moyen de chauffage de la deuxième cuve, et
- une conduite de transfert de la pré-émulsion depuis la quatrième cuve lorsqu'elle est présente vers le dispositif de cisaillement
- une conduite de transfert de l'émulsion depuis le dispositif de cisaillement vers la troisième cuve de stockage de l'émulsion, et
- des conduites d'alimentation de la deuxième cuve en composants de la phase huileuse, notamment en corps gras végétal et/ou minéral et en agents tensioactifs, depuis des cuves de stockage externes.
Dans le cadre de l'invention, l'installation modulaire comprend également différents groupes de pompages comprenant : - une pompe d'alimentation en eau de la première cuve depuis une cuve de stockage d'eau,
- une pompe de circulation de la phase aqueuse depuis la première cuve vers le dispositif de cisaillement ou vers la quatrième cuve de préparation d'une pré-émulsion
- des pompes d'alimentation en composants de la phase huileuse depuis des cuves de stockage externes vers lad deuxième cuve,
- une pompe de circulation de la phase huileuse depuis la deuxième cuve directement vers le dispositif de cisaillement ou vers la quatrième cuve de préparation d'une pré-émulsion
- une pompe de circulation de la pré-émulsion depuis la quatrième cuve lorsqu'elle est présente vers le dispositif de cisaillement
- une pompe d'évacuation de l'émulsion depuis le dispositif de cisaillement vers la cuve de stockage de l'émulsion.
En particulier, l'installation modulaire selon l'invention est caractérisée en ce que :
- la première cuve (2) comprend au moins a) une ouverture par laquelle passe une portion de conduite de transfert de la phase aqueuse depuis la première cuve (2) directement ou indirectement vers le dispositif de cisaillement (6), une portion de conduite de transfert de fluide caloporteur entre les moyens de fourniture de fluide caloporteur (15) et le premier moyen de chauffage (3), et une portion de conduite d'alimentation en eau de la première cuve (2) depuis une cuve de stockage d'eau (19) et b) une ouverture par laquelle passe une portion de conduite de transfert du nitrate depuis une cuve de stockage du nitrate (7)
- la deuxième cuve (8) comprend au moins une ouverture par laquelle passe une portion de conduite de transfert de la phase huileuse depuis la deuxième cuve (8) directement ou indirectement vers le dispositif de cisaillement (6), une portion de conduite de transfert de fluide caloporteur entre les moyens de fourniture de fluide caloporteur (15) et le deuxième moyen de chauffage (9), et des portions de conduite d'alimentation en composants de la phase huileuse depuis des cuves de stockage externes (12)
- la troisième cuve de stockage comprend au moins une ouverture par laquelle passe une portion de conduite de transfert de l'émulsion f) depuis le dispositif de cisaillement (6).
De préférence, une ou plusieurs des cuves de l'installation, de préférence chacune desdites cuves, comprend un trou d'homme pour la maintenance des cuves.
Dans le cadre de l'invention, les composants de la phase huileuse comprennent un corps gras végétal et/ou minéral et un agent tensioactif, de préférence lesdits composants comprennent de l'huile, du fioul et un agent tensioactif.
Selon un aspect particulier, l'installation selon l'invention comprend une conduite de transfert pour l'acheminement des composants de la phase huileuse depuis des cuves de stockage de chacun des composants vers la deuxième cuve, à l'aide d'une pompe coopérant avec des vannes de connexion auxquelles sont reliées des conduites d'alimentation en chacun des composants depuis les cuves de stockage. En particulier, l'installation selon l'invention comprend une conduite de transfert pour l'acheminement de l'émulsion à l'aide d'une pompe coopérant avec une vanne, depuis le dispositif de cisaillement vers la troisième cuve de stockage de l'émulsion.
En particulier, l'installation selon l'invention comprend une conduite de transfert d'eau depuis la chaudière d'eau chaude pour alimenter une conduite reliée à un orifice supérieur du premier moyen de chauffage via une vanne et du deuxième moyen de chauffage via une vanne.
L'installation modulaire selon l'invention présente l'avantage de pouvoir être facilement modulée grâce à l'ajout d'équipements additionnels optionnels, tel qu'une tour de refroidissement, pouvant être facilement raccordés à l'installation via des fiches de connexion présentes au niveau d'éléments de connexion et/ou au niveau d'une ou plusieurs ouvertures obturables.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'installation comprend une cinquième cuve comprenant un module de refroidissement du précurseur d'émulsion explosive, pouvant comprendre une tour de refroidissement associée à un échangeur à plaques. Dans ce mode de réalisation, la cinquième cuve est raccordée au dispositif de cisaillement via une conduite de transfert de fluide et des fiches de connexion présentes au niveau d'éléments de connexion et/ou au niveau d'une ou plusieurs ouvertures obturables.
Un deuxième objet de l'invention concerne l'utilisation de l'installation modulaire selon l'invention pour la fabrication d'un précurseur d'émulsion explosive constitué d'une émulsion inverse d'eau dans l'huile.
L'ensemble des définitions et caractéristiques particulières et préférées énoncées en amont pour le premier objet de l'invention à savoir l'installation modulaire, s'appliquent mutatis mutandis au second objet de l'invention à savoir l'utilisation de l'installation modulaire selon l'invention.
En particulier, l'utilisation selon l'invention comprend : a) une étape de préparation d'une phase aqueuse par dissolution du nitrate dans de l'eau en chauffant, b) une étape de préparation d'une phase huileuse par mélange de composants comprenant au moins un corps gras végétal et/ou minérale et un agent tensioactif en chauffant, c) une étape de préparation d'une émulsion inverse d'eau dans l'huile dans laquelle la phase aqueuse et la phase huileuse sont, directement ou sous forme de pré-émulsion, soumises à un cisaillement.
L'étape a) est réalisée dans une première cuve. Dans le cadre de la présente invention, l'étape a) est réalisée par dissolution de nitrates d'ammonium, et/ou de sodium et/ou de calcium ou un mélange de ces sels, de préférence le nitrate d'ammonium, dans de l'eau. La dissolution peut être suivi de l'ajout d'additifs favorisant la et éventuellement d'additifs permettant d'ajuster le pH de la phase aqueuse. Selon un aspect particulièrement préféré les nitrates sont ajoutés en proportion pondérale d'environ 80-82% pour 18-20% d'eau. L'étape a), est réalisée à une température d'au moins 65° C (degrés Celsius), de préférence à une température comprise entre 60 et 100° C, ce qui permet avantageusement de faciliter la dissolution des nitrates dans l'eau.
L'étape b) est réalisée dans une deuxième cuve. Dans le cadre de la présente invention, l'étape b) est réalisée par mélange d'un corps gras végétal et/ou minéral tels que des huiles paraffiniques et de fioul, de préférence dans une proportion pondérale de 50/50 à 80/20 avec une quantité d'agent tensioactif dans une proportion de 10 à 30% en poids par rapport au poids total de la phase huileuse. L'étape b) est réalisée à une température comprise entre comprise entre 40 et 90 °C, de préférence entre 50 et 60°C (degrés Celsius). Cette température permet de réduire l'écart de température avec la phase aqueuse et de faciliter leur mélange.
Le cisaillement de l'étape c) peut être réalisé à l'aide d'un dispositif de cisaillement, qui peut être un mélangeur statique ou dynamique. Le cisaillement permet d'augmenter de façon contrôlée la viscosité de la composition comprenant la phase aqueuse et la phase huileuse ou d'une pré-émulsion obtenue à partir de la phase aqueuse et de la phase huileuse, et d'obtenir un précurseur d'émulsion explosive.
Dans un premier mode de réalisation de l'étape c), la phase aqueuse et la phase huileuse sont directement transférées via des conduites de transfert de fluide depuis respectivement la première et la deuxième cuve vers un dispositif de cisaillement. Dans ce mode de réalisation, le dispositif de cisaillement peut être un mélangeur dynamique.
Dans un deuxième mode de réalisation de l'étape c), la phase aqueuse et la phase huileuse sont transférées sous forme de pré-émulsion via des conduites de transfert de fluide depuis une quatrième cuve de préparation de la pré-émulsion vers un dispositif de cisaillement.
Dans ce mode de réalisation, l'étape c) comprend donc deux sous étapes successives :
-une première sous étape dans laquelle la phase aqueuse et la phase huileuse sont mélangées à l'aide de moyens d'agitation de sorte à former un premier mélange dit « préémulsion » et
- une deuxième sous étape dans laquelle la pré-émulsion est soumise à un cisaillement à l'aide d'un dispositif de cisaillement de sorte à obtenir un précurseur d'émulsion explosive constitué d'une émulsion inverse d'eau dans l'huile.
Dans la première sous étape, les moyens d'agitation peuvent comprendre au moins une tige verticale sur laquelle sont montées des pâles rotatives d'agitation aptes à être actionnées en rotation autour d'un axe vertical à l'aide d'un moteur.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif de cisaillement peut être un mélangeur statique.
L'étape c) de l'utilisation selon l'invention permet d'obtenir un précurseur d'émulsion explosive présentant une valeur consigne de viscosité comprise entre 10 000 et 35 000 cps (centipoise). Pour l'étape c), 80 à 90 %, de préférence 90% de phase aqueuse et environ 10 à 20%, de préférence 10% de phase huileuse en poids par rapport au poids total du précurseur d'émulsion explosive sont directement soumis au cisaillement ou mélangés pour obtenir une pré-émulsion avant d'être soumis au cisaillement.
Selon un mode de réalisation préféré, l'étape c) est suivie d'une étape d) dans laquelle l'émulsion formée à l'étape c) est stockée dans une troisième cuve de stockage. L'étape d) peut être suivie ou précédée d'une étape de refroidissement de l'émulsion formée à l'étape c).
Exemple 1 : Essais de qualification du moyen de fourniture du fluide caloporteur pour chauffer la phase aqueuse
A) Matériel et méthode
Le moyen de fourniture du fluide caloporteur est une chaudière à eau chaude dans l'installation selon l'invention contrairement aux installations de l'art antérieur qui mettent en oeuvre des chaudières à vapeur d'eau.
Dans cet essai, les caractéristiques du système de chauffe incluant la chaudière à eau chaude et l'échangeur thermique tubulaire de forme hélicoïdale composé de deux tubes disposés en quinconce sont les suivantes :
[Tableau 1]
Les étapes suivantes ont été réalisées :
1. Remplir une cuve avec 2400 L d'eau
2. Mettre en chauffe la chaudière eau chaude
3. Ouvrir le réseau d'eau chaude dans l'échangeur thermique et relever le temps de montée en chauffe d'une température initiale Ti à une température finale Tf dans la cuve de phase aqueuse. 4. Relever lors de la chauffe les paramètres suivants : T° cuve, débit, T° entrée/sortie, pression, T° chaudière).
Les conditions d'essai sont les suivantes :
-Volume d'eau dans la cuve : 2400 L
- Température initiale de l'eau dans la cuve : 11.5°C
- Température initiale de l'eau dans la chaudière : 6°C
- T° extérieure : 9°C
- Agitation de la cuve en marche
B) Résultats
Il faut 20 minutes pour que l'eau de la chaudière atteigne une température de 98°C et il faut lhl3 minutes pour que la phase aqueuse atteigne une température de 90°C.
On constate qu'il est possible de chauffer efficacement et rapidement la phase aqueuse jusqu'à la température recherchée en mettant en œuvre une chaudière à eau chaude comme moyen de fourniture d'un fluide caloporteur en combinaison avec un échangeur thermique tubulaire de forme hélicoïdale composé de deux tubes disposés en quinconce comme premier moyen de chauffage.
Exemple 2 : Suivi de différents paramètres lors de la fabrication de la phase aqueuse
Cet essai illustre le suivi de différents paramètres lors de la fabrication de la phase aqueuse.
1) Matériel et méthode
Les différents paramètres suivis sont:
- Température de la phase aqueuse
- Débit de la vis nitrates
- Températures entrée - sortie de l'échangeur thermique
- Débit eau chaude dans l'échangeur thermique
- Pression réseau eau chaude
Les étapes suivantes ont été réalisées :
1. Remplissage de la cuve avec la quantité d'eau adaptée à la recette puis 2. Mise en route de la chaudière et chauffe de l'eau présente dans la cuve
3. Lorsque l'eau atteint la température consigne de 85°C, mise en marche de la vis et ajout du nitrate
4. Fin de la chauffe lorsque tout le nitrate a été introduit et la température de la cuve pour la préparation de la phase aqueuse atteint 90°C.
Les conditions d'essai sont les suivantes :
- Volume d'eau dans la cuve :500 L
- Nitrate d'ammonium dense : 3000 kg
- Température initiale de l'eau dans la cuve= 34°C
- Température initiale de l'eau dans la chaudière = 13°C
- Température extérieure = 5°C
- Agitation de la cuve en marche
2) Résultats
Les résultats de l'essai sont les suivants :
Il faut 20 minutes pour que l'eau de la chaudière atteigne une température de 98°C et il faut 18min pour chauffer l'eau de la cuve de 34°C à 85°C depuis la mise en route des premiers moyens de circulation
Il faut 2h48 temps de chauffe de la cuve de phase aqueuse jusqu'à 90°C à partir de l'ajout des nitrates pour un débit de nitrates de 12 à 20kg/min.
Il faut 3h06 de temps total pour la chauffe de la cuve pour la préparation de la phase aqueuse et la dissolution des nitrates.
Le temps total est de 3hl2min pour la préparation de la phase aqueuse.
On constate qu'il est possible de préparer efficacement et rapidement la phase aqueuse en mettant en œuvre une chaudière à eau chaude comme moyen de fourniture d'un fluide caloporteur en combinaison avec un échangeur thermique tubulaire de forme hélicoïdale composé de deux tubes disposés en quinconce comme premier moyen de chauffage.

Claims

Revendications
1. Installation modulaire (1) pour la fabrication d'un précurseur d'émulsion explosive constitué d'une émulsion inverse d'eau dans l'huile comprenant :
- une première cuve (2) pour la préparation d'une phase aqueuse comprenant un premier moyen de chauffage (3) et des premiers moyens d'agitation de la phase aqueuse (4), la première cuve communiquant avec des premiers moyens de circulation par pompage (5) de a) la phase aqueuse directement ou indirectement vers un dispositif de cisaillement (6) pour la préparation de l'émulsion inverse d'eau, b) de l'eau d'alimentation de la première cuve depuis une cuve de stockage d'eau, et c) du nitrate depuis une cuve de stockage du nitrate (7),
- une deuxième cuve (8) pour la préparation d'une phase huileuse comprenant un deuxième moyen de chauffage (9) et des deuxièmes moyens d'agitation de la phase huileuse (10), ladite deuxième cuve communiquant avec des deuxièmes moyens de circulation par pompage (11) de d) la phase huileuse depuis la deuxième cuve directement ou indirectement vers un dispositif de cisaillement (6) et e) des composants de la phase huileuse depuis des cuves externes de stockage des composants (12) vers la deuxième cuve (8),
- au moins une troisième cuve de stockage (13) de l'émulsion communiquant avec le dispositif de cisaillement (6) via des troisièmes moyens de circulation par pompage (14) de f) l'émulsion inverse d'eau dans l'huile
- un moyen de fourniture de fluide caloporteur (15) pour alimenter en fluide caloporteur le premier (3) et deuxième (9) moyens de chauffage ladite installation étant caractérisée en ce que le moyen de fourniture de fluide caloporteur (15) est une chaudière à eau chaude et en ce que le premier moyen de chauffage (3) est un échangeur thermique tubulaire de forme hélicoïdale composé de deux tubes disposés en quinconce.
2. Installation modulaire selon la revendication 1 dans laquelle le deuxième moyen de chauffage (9) est un échangeur thermique tubulaire de forme hélicoïdale.
3. Installation modulaire selon la revendication 1 ou 2 dans laquelle le premier (3) et le deuxième moyen de chauffage (9) sont disposés au niveau de tout ou partie de la périphérie interne des parois de respectivement la première cuve (2) et de la deuxième cuve (8). Installation modulaire selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le premier moyen de chauffage (3) est disposé sur au moins 50 % de la hauteur de la périphérie interne de la paroi de la première cuve (2). Installation modulaire selon l'une des revendications précédentes dans laquelle :
- la première cuve (2) pour la préparation de la phase aqueuse,
- le premier (3) et deuxième moyen (9) de chauffage,
- les premiers (4) et deuxièmes (10) moyens d'agitation,
- les premiers (5), deuxièmes (11) et troisièmes (14) moyens de circulation par pompage,
- la deuxième cuve (8) pour la préparation de la phase huileuse,
- le dispositif de cisaillement (6) et
- la chaudière d'eau chaude (15), sont compris dans un premier conteneur (A). Installation modulaire selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend une quatrième cuve (16) pour la préparation d'une pré-émulsion composée du mélange de la phase aqueuse et de la phase huileuse, ladite cuve comprenant des troisièmes moyens d'agitation (17) et communiquant avec la première cuve (2) via les premiers moyens de circulation par pompage (5), avec la deuxième cuve (8) via les deuxièmes moyens de circulation par pompage (11) et avec le dispositif de cisaillement (6) via des quatrièmes moyens de circulation par pompage de la pré-émulsion (18). Installation modulaire selon les revendications 5 et 6 dans laquelle la quatrième cuve (16), les troisièmes moyens d'agitation (17) et les quatrièmes moyens de circulation par pompage (18) de la pré-émulsion sont compris dans le premier conteneur (A). Installation modulaire selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de fourniture d'énergie électrique pour alimenter en électricité au moins les moyens de circulation par pompage (5, 11, 14, 18) et les moyens d'agitation (4, 10, 17). Installation modulaire selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle est dépourvue de cuve tampon destinée à recueillir de façon temporaire l'émulsion f) avant son stockage dans au moins une troisième cuve de stockage (13). Installation modulaire selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la troisième cuve pour le stockage (13) de l'émulsion f) est pourvue de moyens de prélèvement de ladite émulsion.
11. Installation modulaire selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la première (2), deuxième (8), troisième (13) et la quatrième (16) cuves comprennent des ouvertures obturables par lesquelles sont connectées des conduites de transfert de fluide entre lesdites cuves et/ou des câbles électriques.
12. Installation modulaire selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que :
- la première cuve (2) comprend au moins a) une ouverture par laquelle passe une portion de conduite de transfert de la phase aqueuse depuis la première cuve (2) directement ou indirectement vers le dispositif de cisaillement (6), une portion de conduite de transfert de fluide caloporteur entre les moyens de fourniture de fluide caloporteur (15) et le premier moyen de chauffage (3), et une portion de conduite d'alimentation en eau de la première cuve (2) depuis une cuve de stockage d'eau (19) et b) une ouverture par laquelle passe une portion de conduite de transfert du nitrate depuis une cuve de stockage du nitrate (7)
- la deuxième cuve (8) comprend au moins une ouverture par laquelle passe une portion de conduite de transfert de la phase huileuse depuis la deuxième cuve (8) directement ou indirectement vers le dispositif de cisaillement (6), une portion de conduite de transfert de fluide caloporteur entre les moyens de fourniture de fluide caloporteur (15) et le deuxième moyen de chauffage (9), et des portions de conduite d'alimentation en composants de la phase huileuse depuis des cuves de stockage externes (12)
- la troisième cuve de stockage comprend au moins une ouverture par laquelle passe une portion de conduite de transfert de l'émulsion f) depuis le dispositif de cisaillement (6).
13. Utilisation de l'installation modulaire selon l'une des revendications 1 à 12 pour la fabrication d'un précurseur d'émulsion explosive constitué d'une émulsion inverse d'eau dans l'huile.
14. Utilisation selon la revendication 13 comprenant : a) une étape de préparation d'une phase aqueuse par dissolution du nitrate dans de l'eau en chauffant, b) une étape de préparation d'une phase huileuse par mélange de composants comprenant au moins un corps gras végétal et/ou minérale et un agent tensioactif en chauffant, c) une étape de préparation d'une émulsion inverse d'eau dans l'huile dans laquelle la phase aqueuse et la phase huileuse sont, directement ou sous forme de pré-émulsion, soumises à un cisaillement.
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