Стабилизированные композиции, включающие нитрат аммония

Номер патента: 16701

Опубликовано: 30.12.2012

Авторы: УИЛЛЬЯМЗ, Ричард, Дж., КВИДЕР, Джеймз, А.

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(57) 1. Удобрение, содержащее двойную соль, состоящую из нитрата аммония и компонента, выбранного из группы, включающей сульфат аммония, фосфат аммония, нитрат кальция, нитрат калия, нитрат магния, молибденат аммония, гексафторсалицилат аммония,гидроксинитрат ниодима и их комбинации и, по меньшей мере, один стабилизирующий агент, выбранный из группы, включающей тартрат аммония, оксалат аммония, сульфамат аммония и их комбинации. 2. Удобрение по п. 1, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, один стабилизирующий агент в количестве от около 0,1 до около 20 мас. . 3. Удобрение по п. 2, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, один стабилизирующий агент в количестве от около 0,1 до около 10 мас. . 4. Удобрение по п. 3, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, один стабилизирующий агент в количестве от около 0,1 до около 2 мас. . 5. Удобрение по п. 1, отличающееся тем, что содержит одинарную соль нитрата аммония в количестве от около 0 до около 1 мас. . Область изобретения Данное изобретение касается композиций нитрата аммония, а более конкретно стабилизированных или десенсибилизированных композиций, содержащих нитрат аммония, а также способов их получения. Композиции данного изобретения обычно применяются как удобрения и предпочтительно имеют желаемые уровни нитратных ионов и относительно высокую устойчивость к детонации. Предпосылки изобретения Хорошо известно, что из-за своей высокой концентрации нитратных ионов нитрат аммония имеет важное значение в области сельского хозяйства в общем и во внесении удоб 16701 1 2012.12.30 рений в частности. Тем не менее, хорошо известно, что нитрат аммония во многих формах, в которых его до сих пор традиционно применяют, относительно сложный и потенциально опасный для коммерческого использования в больших количествах и/или для хранения в большой массе (например, на коммерческих складах и бункерах для хранения),особенно в течение относительно длительных периодов времени. Кроме того, известно,что многие из форм нитрата аммония, которые до сих пор традиционно применялись,имели тенденцию к детонации при относительно мягких условиях и поэтому иногда неправильно использовались как взрывчатый материал. Предложены некоторые потенциальные решения проблемы взрывоопасности и/или способности к детонации композиций, содержащих нитрат аммония. Например, применение нитрата аммония в форме двойной соли с сульфатом аммония с целью снижения опасных свойств нитрата аммония предложено в патенте США 6689181, который включен в данное описание путем ссылки. С другой стороны, применение нитрата аммония в форме двойной соли диэтилентриамина тринитрата предложено для применения из-за его повышенных взрывчатых свойств и тенденций к детонации. Смотри, например, патент США 4481048. Таким образом, трудно предсказать заранее с какой-либо степенью точности,при каком воздействии, если таковое имеется, на специфическую форму нитрата аммония,особенно нитрата аммония в форме двойной соли, будут проявляться взрывчатые свойства материала или тенденция материала к детонации. Таким образом, в то время как вышеупомянутые решения и другие решения обеспечили улучшенные результаты, по меньшей мере, при некоторых обстоятельствах, заявители приходят к пониманию, что существенное и неожиданное преимущество можно получить путем включения определенных материалов или агентов в такие композиции и подобные композиции. Кроме того,заявители пришли к пониманию, что определенные стабилизирующие агенты, которые можно было иначе рассматривать для применения вместе с композициями и в конкретных композициях удобрения, могут с определенной целью вредно влиять на особенности композиции. Например, определенные композиции, возможно, не столь эффективны как желательные для обеспечения питания и/или других полезных ингредиентов для почвы или для жизни растений в ней. Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения Предпочтительные аспекты данного изобретения предусматривают композиции,включающие нитрат аммония и, по меньшей мере, один стабилизирующий агент. Используемое здесь выражение нитрат аммония означает и охватывает нитрат аммония в какой-либо из его форм, включая свободный нитрат аммония и нитрат аммония в форме какой-либо одной из солей, он способен формировать формуляции двойных солей, раскрытые в патенте США 6689181 и в заявке 60/758652 данных заявителей, находящейся на одновременном рассмотрении, и соответствующей правилам заявке, поданной одновременно и определенной номером в досье поверенного 00010921, каждая из которых включена в данное описание путем ссылки. Предпочтительно, что стабилизирующий агент, который иногда упоминается как агент, снижающий чувствительность, присутствует при условиях и в количествах, эффективных для существенного снижения чувствительности к детонации композиции и/или для улучшения иным путем желаемого свойства композиции, и, также предпочтительно, в то же самое время не проявляющий существенного отрицательного влияния на применение или свойства композиций, особенно на применение композиций удобрения по их назначению. В определенных предпочтительных вариантах осуществления данного изобретения композиции включают в дополнение к нитрату аммония и стабилизирующему агенту третий компонент, выбранный из группы, включающей сульфат аммония, фосфат аммония,нитрат кальция, нитрат калия, нитрат магния, молибденат аммония, гексафторсалицилат аммония, гидроксинитрат ниодима и комбинации двух или более из них. В предпочтительных вариантах осуществления, по меньшей мере, существенная порция нитрата ам 2 16701 1 2012.12.30 мония в композиции находится в форме двойной соли с одним или более из указанных третьих соединений или компонентов. В более предпочтительных вариантах осуществления данные композиции состоят в основном из одной или более двойных солей нитрата аммония и стабилизирующего агента по данному изобретению. Другой аспект данного изобретения предусматривает способы снижения чувствительности к детонации композиций, содержащих нитрат аммония, путем включения в такие композиции одного или более дополнительного соединения, эффективного для значительного снижения или поддержания низкого уровня чувствительности композиции к детонации. Согласно определенным предпочтительным вариантам осуществления,композиции и способы дают пониженную чувствительность к детонации, как оценено, по меньшей мере, одним, а, предпочтительно, двумя из ) увеличения температуры начала фазового превращения или ) усиления скорости нагревания(дифференциального термического анализа), каждое относительно значения, показанного сульфат-нитрата аммония 21 двойной солью (21 ). Например, для оценки температуры начала фазового превращения, потери веса (для определения протекания реакции) и примерного максимального спада скорости нагревания, и для одинарной соли(нитрат аммония), и для 21(сульфат-нитрат аммония) применяли тепловой гравиметрический анализатормодели 6220, приобретенный у. Специалист в данной области оценит, что отдельные результаты, представленные здесь для этих материалов, являясь обычно показателем свойств этих материалов, применяются здесь, прежде всего, в целях сравнения для иллюстрации относительного улучшения, достигнутого композициями и способами данного изобретения. Начало фазового Образец Потеря (вес. )(мкВ) превращения 21222,4 38,3 2,29 222,9 41,5 2,08 222,4 39,5 1,12 220,7 38,8 1,74 224,1 41,2 1,44 223,2 39,6 1,30 223,5 38,4 2,10 Среднее 21222,7 39,6 1,72 Стандартное отклонение 1,1 1,3 0,45 21 В определенных предпочтительных вариантах осуществления композиции и способы данного изобретения дают температуру начала фазового превращения, предпочтительно,измеренную в соответствии с известным применениеммодели 6220, приобретенного у, которая не существенно ниже температуры начала фазового превращения 21 , и, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно на 1 С превышает температуру начала фазового превращения 21 . В определенных предпочтительных вариантах осуществления температура начала фазового превращения данных композиций составляет, по меньшей мере, около 220 С и, более предпочтительно,по меньшей мере, около 223 С. В определенных предпочтительных вариантах осуществления композиции и способы данного изобретения дают максимальный спад скорости нагревания , предпочтительно, измеренный с помощью дифференциального термического анализав соответствии с известным применениеммодели 6220 от, который не существенно ниже 21 , более предпочтительно, по меньшей мере, больше приблизительно на 15 относительных процентов, более предпочтительно, по меньшей ме 3 16701 1 2012.12.30 ре, приблизительно на 50 относительных процентов больше, чем 21 . В определенных предпочтительных вариантах осуществления композиции и способы данного изобретения дают максимальный спад скорости нагревания , предпочтительно,измеренный дифференциальным термическим анализомв соответствие с известным применениеммодели 6220 от, что, по меньшей мере,приблизительно на 0,5 мкВ больше чем, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно на 1 мкВ больше чем, и, еще более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно на 2 мкВ больше чем 21 . Хотя полагают, что многочисленные стабилизирующие агенты могут обладать положительными результатами, особенно неожиданными и очень желательными положительными результатами, описанными выше, тем не менее, обычно предпочтительно, что композиции данного изобретения включают стабилизирующий агент, который характеризуется тенденцией подавлять разложение композиции. В предпочтительных вариантах осуществления такой стабилизирующий агент включает, по меньшей мере, одно соединение, выбранное из группы, включающей восстановители (включая те, что комбинируются и предотвращают дальнейшее окисление аммиака) и агенты, образующие аммоний. Примеры стабилизирующих агентов, которые предполагают использовать вместе с данным изобретением, или отдельно, или в комбинации с другими агентами следующего списка, или другими агентами, не упомянутыми здесь, включают активный диоксид кремния, нитрат магния, сульфат магния, хлорид калия, карбонат кальция, карбонат магния, воду, доломит, щавелевую кислоту, муравьиную кислоту, соль(соли) винной кислоты, карбодиамиды, бигуаниды, дициандиамид, карбонат кальция, тиомочевину, мочевину,семикарбазид, централит, уретан, дифенил, дифениламин, нафтиламин, аминофенол, бензойную кислоту, пирокатехин, фенилендиамин, гексамин, (4)2242, 4,и их комбинации. В определенных предпочтительных вариантах осуществления стабилизирующий агент включает одну или более солей металла, включая такие, которые можно характеризовать как восстановители, особенно галиды металла, сульфаты металла, карбонаты металла,нитраты металла и их смеси. В определенных вариантах осуществления, предпочтительно, что металл, формирующий соль металла, выбран из щелочных и щелочноземельных металлов, более предпочтительно щелочных и щелочноземельных металлов 3 периода или 4 периода периодической таблицы, и еще более конкретно калий, магний, кальций и их комбинации. Особенно предпочтительны галиды калия (особенно ), 4, 3,3, доломит (3), (3)2 и комбинации двух или более из них. Заявители обнаружили, что в определенных предпочтительных вариантах осуществления группа, из которой выбран стабилизатор, не включает галиды лития, а особенно фторида лития. В определенных предпочтительных вариантах осуществления стабилизирующий агент включает один или более из тиомочевины, диоксидов кремния (в частности включая 2), соли аммония (в частности включая тартрат аммония, оксалат аммония, сульфамат аммония и их комбинации, а в определенных предпочтительных вариантах осуществления исключая бензоат аммония) и их комбинации. Заявители обнаружили, что в определенных предпочтительных вариантах осуществления группа, из которой выбран стабилизатор, не включает мочевину, бифенил, дифениламин, 2-аминофтален, 4-аминофенол, 1,3-диэтил 1,3-дифенилмочевину, гексаметилен тетрамин, бензоат аммония, 1,4-фенилендиамин, уретан или катехин. Хотя также полагают, что специфическое количество стабилизирующего агента, используемого в какой-либо конкретной композиции, может широко варьировать в зависимости от ряда факторов, включая специфические компоненты в композиции, обычно предпочтительно, что стабилизирующий агент данного изобретения присутствует в композиции в количестве от около 0,1 до около 20 вес. , более предпочтительно от около 0,1 до около 10 вес.композиции и еще более предпочтительно от около 0,1 до около 2 вес. . 4 16701 1 2012.12.30 Другой аспект данного изобретения касается композиции и, предпочтительно, удобрения, включающего нитрат аммония в комбинации, по меньшей мере, с третьим соединением, выбранным из группы, включающей сульфат аммония, фосфат аммония, нитрат кальция, нитрат калия, нитрат магния, молибденат аммония, гексафторсалицилат аммония, гидроксинитрат ниодима и комбинации двух или более из них. В предпочтительных вариантах осуществления указанная комбинация нитрата аммония и указанного, по меньшей мере, третьего соединения включает двойную соль нитрата аммония и, по меньшей мере, одно из указанных третьих соединений. В определенных предпочтительных вариантах осуществления третий компонент представляет собой двойную соль, выбранную из нитрата аммония-калия, фосфата-нитрата аммония и их комбинаций. В определенных предпочтительных вариантах осуществления группа, из которой выбран третий компонент, не включает нитрат аммония-кальция или безводородный фосфат-нитрат аммония. Полагают, что третий компонент может присутствовать в широко варьирующих количествах в объеме данного изобретения. В предпочтительных вариантах осуществления третий компонент присутствует в молярном соотношении от около 0,51 до около 21, на основе соотношения молей третьего компонента к молям нитрата аммония, более предпочтительно от около 0,751 до около 1,251 и еще более предпочтительно около 11. Предпочтительные композиции показывают пониженную чувствительность к детонации относительно композиций, содержащих в основном нитрат аммония. Другой аспект данного изобретения касается способов обработки композиций удобрения, включающих обеспечение главным образом недетонирующей композиции удобрения, включающей нитрат аммония в комбинации с таким стабилизирующим агентом и необязательно, но предпочтительно, также в комбинации с указанным, по меньшей мере,третьим соединением. В определенных предпочтительных вариантах осуществления указанное третье соединение выбрано из группы, включающей сульфат аммония, фосфат аммония, нитрат кальция, нитрат калия, нитрат магния, молибденат аммония,гексафторсалицилат аммония, гидроксинитрат ниодима и комбинации двух или более из них. В определенных предпочтительных вариантах осуществления, по меньшей мере,порция, более предпочтительно, по меньшей мере, существенная порция и, еще более предпочтительно, весь из указанного нитрата аммония в указанной композиции присутствует в форме двойной соли с одним или более из указанных вторых соединений. Данные способы обработки включают способы транспортировки удобрения, способы хранения удобрения и способы применения удобрения для почвы или другого ростового материала. Применяемое здесь выражение композиция нитрата аммония означает в широком смысле композиции, которые содержат нитрат аммония в какой-либо форме, включая двойные соли с другими соединениями. Применяемое здесь выражение двойная соль означает соль, полученную, по меньшей мере, из двух различных типов катионов и одного типа аниона или, по меньшей мере,двух различных типов анионов и одного типа катиона. Таким образом, выражение двойная соль нитрата аммония следует понимать как комбинацию нитрата аммония и другого соединения для формирования таким путем нового соединения, которое кристаллографически отличается от любого из составляющих. В предпочтительных вариантах осуществления композиции, включающие удобрения и другие материалы данного изобретения, имеют относительно низкую концентрацию одинарной соли(нитрата аммония). Применяемое здесь выражение одинарныйозначает соль, в которой, по существу, все из катионов представляют собой аммоний и, по существу, все из анионов представляют собой нитрат. В высоко предпочтительных вариантах осуществления композиции и материалы данного изобретения имеют несущественное количество одинарной соли , и в определенных вариантах осуществления композиции содержат не более чем следовые количества одинарной соли . 16701 1 2012.12.30 Предпочтительно, данные композиции, особенно в форме удобрений, и когда применяются в способах, включающих обработку удобрения, не считаются опасными материалами под наименованием 49 Свода федеральных правил, Транспортировка, часть 172,Таблица опасных материалов, 1 октября, 2000, а также, предпочтительно, не классифицированы как окислители Рекомендациями Объединенных Наций по транспорту опасных товаров, Справочник анализов и критериев, 1995,34,,5.1. Один аспект данного изобретения предусматривает композиции, предпочтительно,обладающие приемлемыми сельскохозяйственными свойствами, например, необходимыми для удобрений и подобного, и высокой устойчивостью к детонации по сравнению с одинарной солью . В предпочтительных вариантах осуществления данное изобретение предусматривает композиции удобрения, включающие одну или более двойных солей формулы(43)(2),где М является катион-анионной парой, выбранной из группы, включающей фосфат аммония, нитрат кальция, нитрат калия, нитрат магния, молибденат аммония, гексафторсалицилат аммония и гидроксинитрат ниодима, - от около 0,2 до около 3 и- от около 0 до около 10. В предпочтительных вариантах осуществления данные композиции характеризуются как состоящие из, и, предпочтительно, состоящие в основном из, компонентов (предпочтительно двойных солей), которые являются компонентами с низким экзотермическим эффектом и/или которые являются устойчивыми к потери когезии. Во многих вариантах осуществления также предпочтительно, что данные композиции характеризуются как состоящие из, и, предпочтительно, состоящие в основном из, компонентов и особенно двойных солей, которые показывают температуру когезионной прочности, по меньшей мере, около 500 К, и, еще более предпочтительно, по меньшей мере,около 600 К. Описанная здесь температура когезионной прочности означает температуру,при которой компоненты двойной соли начинают показывать значительную потерю когезии. Также, предпочтительно, что данные композиции характеризуются как состоящие из,и, предпочтительно, состоящие в основном из, компонентов, особенно двойных солей, которые проявляют более высокую когезионную прочность, чем у нитрата аммония, где разницу когезионной прочности определяют путем сравнения когезионных экзотермических эффектовс таковыми у нитрата аммония. В предпочтительном варианте осуществления улучшение в когезионной прочности в два раза превышает прочность нитрата аммония. Применяемый здесь когезионный экзотермический эффект означает термодинамическую свободную энергию, высвобождаемую массивным материалом, представленным (43)(2) , который разлагается до составных частей,представленных , и где когезионно непрочное соединение имеет отрицательное значение свободной энергии, а более прочное соединение имеет положительное значение при температуре около 600 . Предпочтительно, когезионный экзотермический эффект предпочтительных двойных солей данного изобретения, применяемых в данной композиции и удобрениях, превышает, по существу, когезионный экзотермический эффект одинарной солии еще более предпочтительно превышает, по существу, когезионный экзотермический эффект 31 двойной соли. Предпочтительно, данные композиции содержат комбинированное общее количество(4)243(43) двойной соли и нитрата аммония (43) от около 0 до около 3 вес. , и, более предпочтительно, нитрат аммония присутствует в каком-либо количестве от около 0 до 1 вес.композиции, и, еще более предпочтительно, в не более чем следовом количестве. 16701 1 2012.12.30 Примеры Следующие примеры иллюстрируют определенные варианты осуществления данного изобретения, а не ограничивают его объем. Примеры 1 и 1 - Стабилизаторы из соли металла Приготовили несколько композиций. Каждую композицию получали комбинированием в существенно гомогенную композицию около 99,5 вес.12 сульфат-нитрата аммония и около 0,5 вес.стабилизирующего агента. Каждый стабилизирующий агент состоит из соединения, представленного в табл. 1. Затем каждую композицию анализировали по температуре начала фазового превращения ипо методикам, представленным выше. Кроме того, контролировали и фиксировали потерю веса композиции. Потеря веса служит индикатором протекания реакции. Таблица 1 Температура начала Стабилизирующий Потеря Образец фазового превраще (мкВ) агент 219,7 38,8 0,90 Как видно из представленных выше результатов, применение 3 ив качестве стабилизирующего агента в количестве около 0,5 вес.даетменее чем около 1,0 мкВ, что не является предпочтительным в определенных вариантах осуществления данного изобретения. Такжедает температуру начала фазового превращения, которая меньше чем в предпочтительных вариантах осуществления данного изобретения. Примеры 2-2 - Стабилизаторы из соли металла Приготовили несколько композиций. Каждую композицию получали комбинированием в существенно гомогенную композицию около 99,5 вес.12 сульфат-нитрата аммония и около 0,5 вес.стабилизирующего агента. Каждый стабилизирующий агент состоит из соединения, представленного в табл. 2. Затем каждую композицию анализировали по температуре начала фазового превращения ипо методикам, представленным выше. Кроме того, контролировали и фиксировали потерю веса композиции. Потеря веса служит индикатором протекания реакции. Таблица 2 Стабилизирующий Температура начала фазоПотеря Образец(мкВ) агент вого превращения(3)2 222,0 40,4 3,18 Как видно из представленных выше результатов, применение каждого из соединений в табл. 2 в качестве стабилизирующего агента в количестве от около 0,5 вес.даетболее чем 1, а температуру начала фазового превращения выше около 200 С, что соответствует определенным предпочтительным вариантам осуществления данного изобретения. Примеры 3-3 - Амидные и аммонийные стабилизаторы Приготовили несколько композиций. Каждую композицию получали комбинированием в существенно гомогенную композицию около 99,5 вес.12 сульфат-нитрата аммония и около 0,5 вес.стабилизирующего агента. Каждый стабилизирующий агент состоит из соединения, представленного в табл. 3. Затем каждую композицию анализировали по температуре начала фазового превращения ипо методикам, представленным выше. Кроме того, контролировали и фиксировали потерю веса композиции. Потеря веса служит индикатором протекания реакции. 7 Температура начала фазового превращения 223,8 222,1 220,7 222,4 218,1-0,40 1,3-диэтил-1,3 223,2 39,2 0,39 дифенилмочевина гексаметилен тетра 221,7 40,7-2,21 Как видно из представленных выше результатов, применение соединений в табл. 3 в качестве стабилизирующего агента в количестве около 0,5 вес.даетменее чем около 1,0, что не является предпочтительным в определенных вариантах осуществления данного изобретения. Также 4-аминофенол дает температуру начала фазового превращения меньше, чем в определенных предпочтительных вариантах осуществления данного изобретения. Примеры 4-4 - Стабилизаторы из солей металлов Приготовили несколько композиций. Каждую композицию получали комбинированием в существенно гомогенную композицию около 99,5 вес.12 сульфат-нитрата аммония и около 0,5 вес.стабилизирующего агента. Каждый стабилизирующий агент состоит из соединения, представленного в табл. 4. Затем каждую композицию анализировали по температуре начала фазового превращения ипо методикам, представленным выше. Кроме того, контролировали и фиксировали потерю веса композиции. Потеря веса служит индикатором протекания реакции. Таблица 4 ОбраСтабилизирующий Температура начала фазоПотеря (вес. )(мкВ) зец агент вого превращения сульфамат аммония 223,3 40,7 2,13 Как видно из представленных выше результатов, применение каждого из соединений в табл. 4 в качестве стабилизирующего агента в количестве около 0,5 вес.даетболее чем 1, а температуру начала фазового превращения выше около 200 С, что соответствует определенным предпочтительным вариантам осуществления данного изобретения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8

МПК / Метки

МПК: C05C 1/02

Метки: включающие, композиции, аммония, стабилизированные, нитрат

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/8-16701-stabilizirovannye-kompozicii-vklyuchayushhie-nitrat-ammoniya.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Стабилизированные композиции, включающие нитрат аммония</a>

Похожие патенты