Способ деструкции твердого ракетного топлива и способ получения раствора нитрозобензола для деструкции твердого ракетного топлива

 

Использование: утилизация твердых ракетных топлив. Сущность изобретения: твердое ракетное топливо обрабатывают раствором нитрозобензола в бензоле, толуоле или ксилолах при 80 - 110^oC. Деструктирующий раствор нитрозобензола получают окислением анилина в соответствующем растворителе перекисью водорода. 2 с.п.ф-лы.

Изобретение относится к утилизации твердого ракетного топлива (ТРТ), содержащего в качестве связующего синтетические каучуки.

В настоящее время одной из проблем, связанных с уничтожением ракетной техники отслужившей свой срок на боевом дежурстве, является извлечение из корпуса и утилизация ТРТ. Возможны два пути извлечения ТРТ из корпуса ракет механический и химический. Химический путь имеет значительное преимущество, т. к. гарантирована сохранность корпуса и более безопасные условия работы, кроме того, обеспечивает возможность утилизации компонент ТРТ.

Имеется ряд данных о химическом методе утилизации ТРТ и взрывчатых веществ, содержащих сшитые полимеры. Так, с целью извлечения порошка алюминия из отходов ТРТ разработан способ, включающий обработку бензолом, ацетоном и метиловым спиртом для удаления части полимера и перхлората аммония. Нерастворившийся остаток нагревают до температуры разложения полимера, но ниже температуры плавления алюминия (400-600^oC) в течение 4-х часов [1] К недостаткам этого метода относится неполное удаление полимерной сетки методом экстракции, а следовательно неполное отделение перхлората аммония от основного состава. Окончательное разложение осуществляют при 550^oC, что делает метод небезопасным.

Другой путь утилизации ТРТ, содержащего полиэфирное связующее, предусматривает измельчение состава, 3 кратную экстракцию дихлорэтаном, обработку раствором моноэтаноламина в смеси толуола и пропилового спирта при 60^oC [2] Недостатком рассмотренного способа является предварительное измельчение ТРТ, что небезопасно и пригодность метода только для составов, имеющих полиэфирное связующее.

Третий путь утилизации используется для ТРТ, содержащего связующее на основе полибутадиена, сополимеров полибутадиена и акрилонитрила, полиэфиров. Этим методом ТРТ обрабатывают водой для удаления части окислителя, затем растворяют в метанольном растворе метилата натрия при 50^oC в присутствии тетрагидрофурана или бензола [3] Этот способ является наиболее близким к предлагаемому изобретению и принимается за прототип. Основным недостатком рассмотренного метода является применение в качестве деструктирующего агента метилата натрия, поскольку получение его и применение требует отсутствия даже следовых количеств влаги. В связи с этим рассмотренный способ является нетехнологичным.

Нитрозобензол до настоящего времени получали в две стадии. Нитробензол восстанавливают до фенилгидроксиламина и окисляют последний до нитрозобензола бихроматом натрия в сернокислом растворе [4] Этот метод не может использоваться в промышленности поскольку фенилгидроксиламин является малоустойчивым и токсичным соединением, а кроме того, любой известный способ включает перегонку с паром для выделения нитрозобензола.

Другой известный путь синтеза нитрозобензола заключается в окислении анилина кислотой Каро. Этот метод наиболее близок к предлагаемому в настоящем изобретении и принимается за прототип. Основным недостатком рассматриваемого способа является приготовление окислителя кислоты Каро, которое заключается в длительном и тщательном растирании персульфата калия в концентрированной серной кислоте при сильном охлаждении (Org. Synth. coll 2,1942, p.334). Такой синтез невозможно осуществить в производственных условиях.

Целью настоящего изобретения является создание технологичного способа утилизации ТРТ. Поставленная цель достигается тем, что в способе утилизации ТРТ, включающем химическую деструкцию полимерной сетки, осуществляют воздействие на ТРТ раствора нитробензола в бензоле, толуоле, ксилолах при 80-110^oC.

Цель достигается также способом получения раствора нитрозобензола окислением анилина в растворе отличающимся тем, что анилин окисляют в бензоле, толуоле, ксилолах перекисью водорода. Растворители бензол, толуол, ксилол в процессе деструкции играют важную роль. Во-первых, способствуют набуханию полимерной сетки, а во-вторых, растворяют деструктированный полимер.

Для любого температурного режима деструкции ТРТ руководствовались прежде всего стремлением сделать процесс максимально безопасным и продуктивным. В связи с этим наиболее оптимальным температурным режимом деструкции ТРТ является 80-110^oC. При более высокой температуре возрастает опасность, а ниже 80^o резко снижается скорость деструкции полимерного связующего.

В предлагаемом изобретении раствор нитрозобензола, необходимый для деструкции полимерной сетки ТРТ, получается в одну стадию окислением анилина в бензоле, толуоле или ксилолах перекисью водорода. Степень превращения анилина составляет 96% Основным достоинством предлагаемого способа получения деструктирующего раствора является простота в технологичном исполнении, одностадийность процесса, исключающая выделение и очистку нитрозобензола.

Для идентификации нитрозобензола в растворах приводятся три примера (7,8,9), в которых осуществлялось выделение образующегося нитрозобензола и идентификации по Т.пл. и УФ-спектроскопии. Необходимо отметить, что препаративное выделение нитрозобензола из указанных растворов приводит к значительному снижению выхода продукта, т.к. нитрозобензол летуч с парами растворителя и воды. Степень превращения анилина в нитрозобензол в примерах 1,2,3 составляет 70-80% (определялась спектрофотометрически при λ650 нм).

Пример 1. получение раствора нитрозобензола в толуоле.

В реактор загружают 1650 мл толуола, 61,6 г анилина и 157,5 мл 30% перекиси водорода. Смесь перемешивают 2,5 ч при 20-25^oC. Органический слой отделяют, промывают 0,01 н соляной кислотой (600 мл) и водой (600 мл). Получают 1575 мл раствора нитрозобензола в толуоле пригодного для деструкции полимерного связующего ТРТ.

Пример 2. Получение раствора нитрозобензола в бензоле.

Аналогично примеру 1, вместо 1650 мл толуола загружают 1650 мл бензола.

Пример 3. Получение раствора нитрозобензола в ксилоле.

Аналогично примеру 1, вместо 1650 мл толуола загружают 1650 мл любого изомерного ксилола.

Пример 4. Утилизация ТРТ, содержащих в качестве связующего сшитые полибутадиеновые каучуки, марок СКД и СКДН-М, путем обработки раствором нитрозобензола в толуоле.

В колбу, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником помещают образец ТРТ, имеющего форму диска диаметром 90 мм с центральным отверстием 10 мм, толщиной 7 мм и массой 86±0,5 г. В центральное отверстие топливного образца вводят мешалку, заливают 1575 мл деструктирующего раствора (нитрозобензол в толуоле, полученный по примеру 1) и нагревают до температуры 90-100^oC в течение 3,5-4 ч. За это время происходит деструкция и растворение связующего полимера. После охлаждения раствора, фильтруют для отделения нерастворимых порошков, входящих в состав топлива.

Пример 5.

Утилизация ТРТ раствором нитрозобензола в бензоле.

Аналогично примеру 4 вместо 1575 мл раствора нитрозобензола в толуоле заливают 1575 мл раствора нитрозобензола в бензоле и нагревают при температуре 80^oC в течение 5-6 ч.

Пример 6.

Утилизация ТРТ раствором нитрозобензола в ксилоле.

Аналогично примеру 4, вместо 1575 мл раствора нитрозобензола в толуоле заливают 1575 мл раствора нитрозобензола в любом изомерном ксилоле и нагревают при 100-110^oC в течение 3,5-4 ч.

Пример 7.

Раствор, полученный в примере 1 сушат над безводным сульфатом натрия в течение суток и отгоняют растворитель под вакуумом. Получают 23,7 г (34,5%) нитрозобензола. Т.пл. 67,5^oC, Т.пл.лит. 67,5-68^oC.

Пример 8.

Аналогично примеру 7 выделяют нитрозобензол из раствора полученного в примере 2. Выход 25,4 г. (36,5%). Т.пл. 67,5^o.

Пример 9.

Аналогично примеру 7 выделяют нитрозобензол из раствора, полученного в примере 3. Выход 22,6 г (32,5%), Т.пл. 67,5^o.

Таким образом, с помощью раствора нитрозобензола в бензоле, толуоле или ксилоле удалось разрушить и растворить полимерную сетку ТРТ, температурный режим не превышает 80-110^oC, что делает метод безопасным.

Предложенный способ получения деструктирующего раствора является технологичным и доступным для промышленного производства.

Формула изобретения

1. Способ деструкции твердого ракетного топлива (ТРТ) химическим путем, отличающийся тем, что осуществляют воздействие на ТРТ раствором нитрозобензола в бензоле, толуоле или ксилолах при температуре 80 110^oС.

2. Способ получения раствора нитрозобензола для деструкции твердого ракетного топлива, отличающийся тем, что анилин окисляют перекисью водорода 20 30% в бензоле, толуоле или ксилолах.