Композиция флегматизирующего хладагента для регулируемого замедленного выжигания зарядов твердого ракетного топлива, отходов твердого ракетного топлива и взрывчатых веществ
Владельцы патента RU 2261238:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (ФГУП "НИИПМ") (RU)
Изобретение относится к композиции флегматизирующего хладагента для выжигания зарядов твердого ракетного топлива при уничтожении крупногабаритных канальных зарядов в корпусах ракетных двигателей и др. взрывчатых веществ и их отходов в контейнерах. Композиция содержит компоненты в следующем соотношении, в мас.%: гидролизованный полиакриламид 0,8-8,0; бихромат калия 0,05-3,0; тиосульфат натрия 0,02-1,2; натрий и/или калий азотнокислый 0,1-70,0; аммоний азотнокислый 0,1-70,0; вода - остальное. Композиция может содержать дополнительный охладитель, например соли щавелевой кислоты или органические амиды, в количестве 0,1-20 мас.%, криогенную добавку, например диэтиленгликоль, этиленгликоль, в количестве 0,1-10 мас.% и студень полиакриламида в количестве 0,1-30 мас.%. Техническим результатом изобретения является создание полностью сгорающей композиции, выполняющей функцию хладагента и поглотителя токсичных газов. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.
Предлагаемое изобретение относится к области создания композиций, используемых в качестве флегматизаторов, хладагентов, поглотителей токсичных газов при сжигании твердых ракетных топлив, взрывчатых веществ и отходов их производства на специальных стендах с целью уничтожения преимущественно крупногабаритных канальных зарядов твердых ракетных топлив непосредственно в корпусах ракетных двигателей или малогабаритных бесканальных и канальных зарядов твердых ракетных топлив, взрывчатых веществ и их отходов в контейнерах.
Известны изобретения (патент РФ 2021560 С1, кл. F 02 К 9/08, 15.10.94; патент США №3848548, 1974 г.), в которых для безопасного сжигания твердых ракетных топлив в качестве хладагента используют воду или водные растворы солей. Недостаток их состоит в необходимости привлечения сложного оборудования для компенсаций быстрого испарения воды и обеспечения вертикального положения заряда твердого ракетного топлива (специальные стенды большой мощности для уничтожения крупногабаритных твердых ракетных топлив). Известен экологически чистый способ уничтожения кусков твердых ракетных топлив (патент США №3778320, 1973 г.), заключающийся во взаимодействии топлива с горячим расплавом солей. Недостатком его является необходимость разделки зарядов твердого ракетного топлива на куски массой не более 5 кг и невозможность использования для уничтожения канальных зарядов в корпусе ракетных двигателей.
Известна композиция флегматизирующего хладагента для регулируемого замедленного выжигания зарядов твердого ракетного топлива и отходов производства (Патент РФ №2145330 С1, 7 С 08 L 33/26, С 08 К 13/00; С 09 J 11/00 // (С 08 К 13/00; 3:16; 3:24)) на основе водных растворов солей и загустителя - отверждаемого полиакриламида.
Последний вариант был выбран нами за прототип, как наиболее близкий по составу, способу изготовления и применения.
Одним из недостатков прототипа является неполное сгорание флегматизирующего хладагента (в камере ракетного двигателя остается 40-70% от исходной массы), что существенно снижает коэффициент его полезного действия по назначению.
Кроме того, необходимость извлечения и дальнейшей переработки оставшегося в ракетном двигателе полиакриламидного студня повышает трудоемкость работ.
Еще одним недостатком прототипа является то, что он не обеспечивает экологической безопасности процесса сжигания твердых ракетных топлив. Известно, что при горении твердых ракетных топлив выделяются токсичные газы. Большинство подлежащих утилизации твердых ракетных топлив, порохов и их компонентов содержит в своем составе вещества, образующие в процессе горения галогенсодержащие газы (HCl, HF, Cl, Cl2, ClO, ClO2, Cl2О, HOCl, ClF, ClF3, ClF5, SF, SF2, SF3, SF4, SF5, SOF2, F2 и др.). Стенды по сжиганию таких твердых ракетных топлив необходимо оборудовать сложными многоступенчатыми системами газоочистки.
Технической задачей настоящего изобретения является создание более эффективной и многофункциональной полностью сгорающей композиции, выполняющей помимо функций флегматизирующего хладагента функцию поглотителя токсичных газов.
Технический результат достигается тем, что композиция флегматизирующего хладагента для безопасного замедленного выжигания зарядов твердых ракетных топлив, взрывчатых веществ и их отходов, основой которой является водный раствор гидролизованного полиакриламида со степенью гидролиза 10-25 мол.% и молекулярной массой не ниже 1·106, отвержденного бихроматом калия и тиосульфатом натрия, содержит охладитель - химический поглотитель токсичных газов, выделяемых при сгорании твердых ракетных топлив, в качестве которого используется комбинация азотнокислого аммония с азотнокислыми натрием и/или калием при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Гидролизованный полиакриламид | 0.8...8.0 |
| Бихромат калия | 0.05...3.0 |
| Тиосульфат натрия | 0.02...1.2 |
| Натрий и/или калий азотнокислый | 0.1...70.0 |
| Аммоний азотнокислый | 0.1...70.0 |
| Вода | остальное |
Примеры предлагаемой композиции представлены в табл.1. Положительный эффект от использования предлагаемой композиции заключается в том, что в продуктах горения уничтожаемых таким способом твердых ракетных топлив содержание экологически вредных газов существенно ниже, чем в продуктах горения прототипа (табл.2).
Кроме того, эффективность предлагаемой композиции как флегматизирующего хладагента также выше, чем композиции прототипа. Температура горения твердого ракетного топлива (вар.1-10) ниже, чем у прототипа (табл.2).
Соотношение компонентов в химическом поглотителе выбирают в зависимости от вида уничтожаемого топлива. Для топлив, не содержащих атомов галогена в своем составе, рекомендуется максимальное содержание аммония азотнокислого при соотношении его к натрию (калию) азотнокислому 70:0.1 мас.ч. Для галогенсодержащих топлив оптимальное количество азотнокислого натрия (калия) составляет 1 г/моль на 1 г/атом галогена в формуле 1 кг топлива. При невозможности достижения оптимального баланса из-за конструктивных особенностей заряда (малый свободный объем ракетного двигателя) рекомендуется соотношение аммония азотнокислого к натрию (калию) азотнокислому 0.1:70 мас.ч. Однако в любом случае имеет место существенное снижение содержания токсичных газов, таких как СО, HCl и др. в продуктах сгорания твердых ракетных топлив.
При уничтожении твердых ракетных топлив с высокой температурой горения предлагается дополнительно вводить в состав композиции охладитель типа органических и неорганических солей щавелевой кислоты; органические амиды, например оксамид, гидразодикарбонамид, карбамид и другие, эффективно снижающие температуру продуктов сгорания топлив.
С целью расширения температурного диапазона применения предлагаемой композиции из-за необходимости ее использования в зимний период в условиях открытых стендов предлагается вводить в состав композиции криогенную добавку, например, диэтиленгликоль, этиленгликоль в количестве 0.1-10 мас.%.
При необходимости утилизации недогоревших остатков студня полиакриламида допускается вводить их в состав предлагаемой композиции в количестве 0.1-30 мас.%.
| Таблица 1 Варианты флегматизирующих композиций | |||||||||||
| Компоненты флегматизирующей композиции | Состав флегматизирующей композиции, мас.%, по примеру | Прототип | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||
| Гидролизованный полиакриламид | 0.8 | 8 | 4 | 4 | 6 | 6 | 0.8 | 4 | 4 | 0.8 | 4 |
| Бихромат калия | 0.05 | 3 | 0.3 | 0.3 | 0.5 | 0.5 | 0.05 | 0.3 | 0.3 | 0.05 | 0.3 |
| Тиосульфат натрия | 0.02 | 1.2 | 0.13 | 0.13 | 1.0 | 1.0 | 0.02 | 0.13 | 0.13 | 0.02 | 0.13 |
| Натрий азотнокислый | 70 | - | 50 | 50 | 50 | 50 | 0.1 | - | - | 0.1 | - |
| Калий азотнокислый | - | 70 | - | - | - | - | - | 50 | 0.1 | - | - |
| Аммоний азотнокислый | 0.1 | 0.1 | 5 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 70 | 0.1 | 50 | 50 | - |
| Вода | 29.03 | 17.7 | 40.47 | 25.37 | 32.2 | 32.3 | 29.03 | 25.47 | 25.47 | 18.83 | 90.47 |
| Сульфат аммония | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 5 |
| Студень ПАА | - | - | - | - | 0.1 | 0.1 | - | - | - | 30 | 0.1 |
| Диэтиленгликоль | - | - | - | - | 10 | - | - | - | - | 0.1 | - |
| Этиленгликоль | - | - | - | 0.1 | - | 10 | - | - | - | - | - |
| Оксалат аммония | - | - | - | 20 | 0.1 | - | - | - | - | -, | - |
| Оксамид | - | - | 0.1 | - | - | - | - | 20 | - | - | - |
| Гидразодикарбонамид | - | - | - | - | - | - | - | - | 20 | 0.1 | - |
1. Композиция флегматизирующего хладагента для регулируемого замедленного выжигания зарядов твердого ракетного топлива, отходов твердого ракетного топлива и взрывчатых веществ на основе воды, гидролизованного полиакриламида со степенью гидролиза 10-25 мол.% и молекулярной массой не ниже 1·106, бихромата калия, тиосульфата натрия, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит охладитель - химический поглотитель токсических газов, выделяемых при сгорании твердых ракетных топлив, а именно натрий и/или калий азотнокислые, в сочетании с аммонием азотнокислым при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Гидролизованный полиакриламид | 0,8-8,0 |
| Бихромат калия | 0,05-3,0 |
| Тиосульфат натрия | 0,02-1,2 |
| Натрий и/или калий азотнокислый | 0,1-70,0 |
| Аммоний азотнокислый | 0,1-70,0 |
| Вода | Остальное |
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что соотношение компонентов химического охладителя - поглотителя токсичных газов выбирают исходя из количества галогенсодержащих компонентов в утилизируемом материале.
3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она содержит дополнительный охладитель продуктов сгорания, например органические и неорганические соли щавелевой кислоты или органические амиды, в количестве 0,1-20 мас.%.
4. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит криогенную добавку, например диэтиленгликоль, этиленгликоль, в количестве 0,1-10 мас.%.
5. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит студень полиакриламида в количестве 0,1-30 мас.%.
