Способ формирования жидкого взрывчатого вещества


 


Владельцы патента RU 2464254:

Добрынин Александр Артурович (RU)
Добрынин Иван Александрович (RU)

Изобретение относится к горной промышленности, строительству и к другим отраслям промышленности, а также к военному делу, где возможно применение взрывчатых веществ. Способ формирования жидкого взрывчатого вещества (ЖВВ) из тетраоксида диазота и жидкого нефтепродукта предусматривает введение в состав дополнительных компонентов - горючих и/или окислителей, обладающих низкой температурой плавления (ниже минус 28,5°С) и/или высокой температурой кипения (выше 46,2°С). Введение добавок расширяет температурный диапазон применения ЖВВ, при этом соотношение компонентов в составе ЖВВ стехиометрическое или не более ±10% от нулевого кислородного баланса. 1 з.п. ф-лы, 10 пр., 1 табл.

 

Из истории известны панкластиты - жидкие взрывчатые вещества (ЖВВ), которые применялись в военном деле и в различных отраслях гражданской промышленности еще в начале XX века [1]. Одним из вариантов рецептуры панкластитов является смесь тетраоксида диазота и жидкого нефтепродукта, которая применяется и сегодня в России в весьма ограниченном объеме, в основном, на специальных взрывных работах [2].

Ограниченное применение панкластитов связано не только с их токсичностью и агрессивностью, но и с тем, что основной компонент ЖВВ - тетраоксид диазота кристаллизуется при температуре минус 11,2°С, а кипит - при плюс 21°С [3], т.е. имеет достаточно узкий температурный диапазон применения, который не всегда совпадает с температурой окружающей среды - с условиями выполнения взрывных работ. Кроме климатических условий России следует упомянуть и экстремальные условия производства работ, например работы в т.н. «горячих цехах», где приходится дробить (разрушать) железобетон, металл, технологический брак и пр. в условиях повышенных температур - более 30°С.

Для того чтобы тетраоксид диазота был в любое время пригоден для изготовления ЖВВ, он, согласно инструкции ГИПХ (1978), должен постоянно храниться в складских помещениях при температуре от плюс 10°С до плюс 20°С, при этом отопление предпочтительно водяное.

В российском патенте №2262655 предлагается способ изготовления ЖВВ, согласно которому непосредственно перед смешением следует доводить температуру каждого исходного компонента до требуемой, путем подогрева или охлаждения.

Основные недостатки указанных способов заключаются в том, что необходимо затрачивать энергию соответственно или на обогрев или на охлаждение компонентов, при этом подогрев исходных компонентов операция небезопасная, требующая постоянного контроля, т.к. случайный перегрев компонентов (человеческий фактор) может привести к аварии и трагическим последствиям.

Однако даже строгое выполнение всех условий техники безопасности и технологических регламентов, как показала практика, не спасает ситуацию, особенно, когда работы проводятся в полевых условиях (карьеры, выемки) или внутри теплых помещений («горячие цеха»), т.к. ЖВВ, обычно размещаемое в пластиковую тару, все равно достаточно быстро замерзает или закипает, т.е. становиться не пригодным для производства взрывных работ.

Между тем, в технике известен способ введения в состав жидкого горючего, специальных жидкостей, понижающих температуру помутнения и кристаллизации горючего. К упомянутым специальным жидкостям, например, относятся противоводокристаллизационные жидкости «И» ТУ 0257-107-05757618-2001 и «И-М» ОСТ 54-3-175-73-99, которые вводятся в горючее в незначительных количествах, от долей % до 1-2%, и, при этом, обеспечивают эффективную работу различных марок горючего при достаточно низких температурах. Учитывая то, что при формировании взрывчатых веществ, в т.ч. жидких, широко используются общераспространенные горючие, а именно жидкие нефтепродукты (ЖНП): керосин, дизельное топливо, минеральные (нефтяные) масла [4, 5], а также отработанные моторные масла, то, в принципе, аналогичный прием можно использовать и при формировании ЖВВ.

Таким образом, техническим результатом является то, что в способе формирования жидкого взрывчатого вещества из тетраоксида диазота и жидкого нефтепродукта, в процессе изготовления одновременно с жидким нефтепродуктом и тетраоксидом диазота в смесь вводится дополнительный компонент (или компоненты) - горючее и/или окислитель, имеющий низкую температуру плавления (ниже минус 28,5°С) и/или высокую температуру кипения (выше 46,2°С), при этом соотношение компонентов в составе ЖВВ стехиометрическое или не более ±10% от нулевого кислородного баланса.

Кроме того, смеси тетраоксида диазота и жидкого нефтепродукта с дополнительным компонентом или компонентами могут готовиться отдельно друг от друга и смешиваться между собой непосредственно перед применением ЖВВ.

При этом следует соблюсти представленные ниже дополнительные условия, выполнение которых позволит не только существенно расширить температурный диапазон применения ЖВВ, но и не снизить его мощность, по крайней мере, существенно:

- расширяющее температурный диапазон вещество (окислитель, горючее), дополнительно вводимое в ЖВВ, должно быть не инертным наполнителем, а активным участником детонационного процесса (то же относится и к случаю ввода сразу нескольких компонентов);

- доля дополнительного вещества в составе ЖВВ должна быть такой, чтобы не нарушилось стехиометрическое соотношение между окислителем и горючим (окислителями и горючими), при этом допускается отклонение не более ±10% от нулевого кислородного баланса.

Примеры веществ, которые могли бы быть использованы в качестве дополнительных компонентов в составе ЖВВ, приведены в табл.1 [3].

Таблица 1
Наименование Брутто-формула Кислородный баланс (КБ) Температура °С
плавления кипения
Азотная кислота НNО3 плюс 63 -41,6 82,6
Дихлорэтан С2Н4Сl2 минус 65 - 35,36 83,47
Диэтиленгликоль С4Н10О3 минус 151 -8 245
Метанол СН4О минус 150 -97,9 64,5
Метилнитрат CH3NO3 минус 10 - 82,95 64,6
α-метилнафталин С11Н10 минус 304 -30,8 245
Нитрометан СН3NO2 минус 39 -28,5 101,2
Сероуглерод CS2 - -111,9 46,2
Тетрагидрофуран С4Н8O минус 244 -108,5 65,6
Тетранитрометан CN4O8 плюс 49 14,2 125,3
Уксусная кислота С2Н4O2 минус 107 16,75 118,1
Уксусный ангидрид С4Н16О3 минус 186 -73,1 139,9
Этанол С2Н6О минус 209 -114,3 78,39
Этиленгликоль С2Н6O2 минус 129 -12,3 197,6
Этиленемин C2H5N минус 242 -78 55
Этилнитрат C2H5NO3 минус 62 -94,6 87,2
Этилпропионат С5Н10O2 минус 204 -73,9 99,1
Этилцеллозольв* С4Н10O2 минус 196 -70,0 135,6
Этилцеллозольвацетат С6Н12O3 минус 182 -61,7 156,3
* данные не из [3]

В таблице представлены вещества, которые при нормальных условиях (при температуре окружающей среды плюс 20°С) находятся в жидком агрегатном состоянии. Однако кроме жидких компонентов при формировании ЖВВ могут использоваться и твердые компоненты, которые хорошо и быстро растворяются в используемых (в т.ч. в выбранных, в качестве дополнительных компонентов) окислителях или горючих при нормальных условиях.

Обычно доля ЖНП, по сравнению с окислителем, в стехиометрической смеси ЖВВ мала, т.к. ЖНП имеет значительную величину отрицательного кислородного баланса. Для того чтобы увеличить долю горючего в рецептуре ЖВВ и понизить температуру его кристаллизации или повысить температуру его кипения ЖНП в составе ЖВВ можно частично заменить спиртами, эфирами, гликолями, нитросоединениями или другими горючими, обладающими низкой температурой кристаллизации и/или высокой температурой кипения, при соблюдении стехиометрического соотношения компонентов. Выбор в пользу того или иного компонента следует делать в зависимости от температурных условий, при которых планируется производство взрывных работ (очень холодные или чрезвычайно теплые).

В случае необходимости в качестве дополнительных компонентов в рецептуру ЖВВ могут вводиться и дополнительные окислители, например, из числа представленных в табл.1. Это вещества с положительным кислородным балансом: азотная кислота, тетранитрометан. Азотная кислота и тетранитрометан взаимно растворимы. Тетранитрометан хорошо растворяет окислы азота, смесь равных объемов этих веществ имеет температуру затвердевания минус 36°С [6].

Примеры рецептур ЖВВ с дополнительными компонентами (горючие, окислители) для разных условий производства взрывных работ, при диаметре зарядов не менее 36 мм, приведены ниже.

1. Рецептуры ЖВВ (зимние) для производства взрывных работ в условиях отрицательных температур (до минус 30-35°С):

а) 42% диазота тетраоксид, 42% тетранитрометан, 1% азотная кислота, 15% ЖНП -КБ смеси ~ минус 1,5%;

б) 50% диазота тетраоксид, 1% ЖНП, 19% метанол, 30% метилнитрат - КБ смеси ~ минус 0,2%;

в) 45% диазота тетраоксид, 1% ЖНП, 9% метилнитрат, 45% этилнитрат - КБ смеси ~ минус 1,0%;

г) 20% диазота тетраоксид, 60% азотная кислота, 5% азотистая кислота, 15% ЖНП -КБ смеси ~ плюс 2,4%;

д) 25% диазота тетраоксид, 50% азотная кислота, 1% тетранитрометан, 1% ЖНП, 23% этанол - КБ смеси ~ минус 2,2%.

2. Рецептуры ЖВВ (летние) для производства взрывных работ в условиях повышенных температур (до плюс 30-35°С):

а) 25% диазота тетраоксид, 20% азотная кислота, 40% тетранитрометан, 15% ЖНП -КБ смеси ~ минус 2,3%;

б) 30% диазота тетраоксид, 20% азотная кислота, 35% тетранитрометан, 14% ЖНП, 5% нитрометан - КБ смеси ~ минус 2,2%;

в) 20% диазота тетраоксид, 40% азотная кислота, 1% ЖНП, 15% этиленгликоль, 24% дихлорэтан - КБ смеси ~ плюс 0,6%;

г) 25% диазота тетраоксид, 55% азотная кислота, 5% азотистая кислота, 15% ЖНП - КБ смеси ~ плюс 2,8%;

д) 40% диазота тетраоксид, 1% ЖНП, 58% нитрометан, 1% уксусная кислота -КБ смеси ~ плюс 0,6%.

Разумеется, что все выбираемые в качестве исходных компонентов вещества должны быть химически совместимы между собой. При этом следует помнить, что тетраоксида диазот может поступать в гражданскую промышленность с примесями, установить состав и природу которых, особенно, в полевых условиях, не всегда представляется возможным.

В связи с этим, независимо от теоретических знаний и экспериментальных данных, полученных в лабораторных условиях, на практике, перед изготовлением ЖВВ по конкретной рецептуре, все используемые компоненты, в обязательном порядке, должны проверяться на химическую совместимость между собой (все теоретически возможные пары и группировки).

Для инициирования сформированных ЖВВ могут быть использованы как штатные (заводские) средства инициирования (СИ), так и безопасные СИ [2]. Однако при инициировании ЖВВ, в составе которых имеется значительный избыток кислоты (рН<<7,0), СИ размещать внутри ЖВВ не следует, т.к. это может привести к преждевременному разрушению СИ и, как следствие, к отказу взрыва заряда - к аварийной ситуации.

Литература

1. Паскаль П. Взрывчатые вещества, пороха, боевые газы. Л.: ГОСХИМТЕХИЗДАТ, Ленинградское отделение, 1932 г. - 224 с.

2. Добрынин А.А. Опыт применения безопасного инициатора жидких ВВ на взрывных работах внутри действующих ГЭС. Международная конференция «Ударные волны в конденсированных средах». Тезисы к докладам. Новгород, 2010. - С.121-124.

3. Химический энциклопедический словарь. Гл. ред. Кнунянц И.Л. М., «Советская энциклопедия», 1983 г., - 792 с.

4. Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. М., Недра, 1988. - 358 с.

5. Поздняков З.Г., Росси Б.Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. М., Недра, 1977, 253 с.

6. Орлова Е.Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. Изд. 3-е, перераб. Л.: Химия, 1981. - 312 с.

1. Способ формирования жидкого взрывчатого вещества (ЖВВ) из тетраоксида диазота и жидкого нефтепродукта, отличающийся тем, что в процессе изготовления одновременно с жидким нефтепродуктом и тетраоксидом диазота в смесь вводится дополнительный компонент или компоненты - горючие и/или окислители, имеющие низкую температуру плавления - ниже минус 28,5°С и/или высокую температуру кипения - выше 46,2°С, при этом соотношение компонентов в составе ЖВВ стехиометрическое или не более ±10% от нулевого кислородного баланса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смеси тетраоксида диазота и жидкого нефтепродукта с дополнительным компонентом или компонентами готовятся отдельно друг от друга и смешиваются между собой непосредственно перед применением ЖВВ.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к неорганической химии, а именно к способу утилизации меланжа кислотного - компонента ракетного топлива, а также отходов производства, содержащих азотную кислоту и окислы азота.
Изобретение относится к ракетным топливам. .

Изобретение относится к области технологии переработки смесей азотной кислоты и оксидов азота, содержащих в качестве ингибитора коррозии фтористый водород, преимущественно окислителей жидких ракетных топлив.

Изобретение относится к области технологии переработки смесей азотной кислоты и оксидов азота, содержащих ингибиторы коррозии, преимущественно окислителей жидких ракетных топлив.

Изобретение относится к взрывным работам, а именно к способу их ведения и к зарядам, используемым при этом. .

Изобретение относится к способу переработки ингибированных фтористым водородом, ортофосфорной кислотой и/или иодом смесей азотной кислоты и оксидов азота, преимущественно окислителей ракетных топлив, с получением очищенной от ингибиторов коррозии концентрированной или неконцентрированной азотной кислоты.

Изобретение относится к ракетному топливу, выделяющему водород при горении, и его вариантам. Ракетное топливо содержит боргидрид кремния и одно из следующих соединений: нитрат аммония безводный, динитрамид аммония, пятиокись азота, нитрат бора, нитрат бериллия, азотная кислота или шестиокись азота. Для балансировки реакции может быть добавлен третий компонент - дисилан. Компоненты приведены в определенном соотношении. Все варианты ракетного топлива обеспечивают высокую скорость реактивной струи за счет повышенной энергетики реакций и получения выделяющихся газов с малым средним молекулярным весом - водорода и воды. За счет варьирования компонентов состава и их соотношений возможно регулирование скорости реакции. 8 н.п.ф-лы.

Изобретение относится к ракетному топливу, а именно для жидкого, твердого и гибридного ракетного двигателя. Ракетное топливо содержит горючее и окислитель. В качестве горючего содержит боргидрид лития-алюминия, гидрид лития-алюминия, боргидрид кремния, силан, диборан, тетраборан, декаборан, боргидрид бериллия, в качестве окислителя - динитрамид аммония, нитрат аммония, нитрат бора, азотную кислоту и имеет такое соотношение компонентов, что двигатель в качестве газов выделяет только чистый водород. Топливо может включать добавочное количество борана, например тетраборана, и замедляющую добавку - ортоборную кислоту. Техническим результатом изобретения является повышение скорости реактивной струи и удельного импульса ракетного двигателя, даже без расширяющегося реактивного сопла. 9 н. и 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к ракетным топливам. Предложены варианты ракетного топлива, включающие боргидрид и гидрид бериллия, лития, алюминия, лития-алюминия или кремния или тетраборан и азотсодержащий окислитель: нитрат аммония, динитрамид аммония, нитрат бора, нитрат бериллия, пятиокись азота, шестиокись азота, азотную кислоту. Техническим результатом является повышение скорости реактивной струи за счет повышения энергетики реакции и за счет увеличения выделяющихся газов с малым средним молекулярным весом, в частности, водорода. 25 н.п. ф-лы.

Изобретение относится к ракетным топливам. Предложены варианты ракетных топлив на основе декаборана в комбинациях с семью разными окислителями: пятиокисью азота, нитратом аммония, динитрамидом аммония, нитратом бора, нитратом бериллия, шестиокисью азота и азотной кислотой. Достигаемый технический результат заключается в повышении скорости реактивной струи за счет повышения энергетики реакции и за счет получения выделяющихся газов с малым средним молекулярным весом - водорода. Для управления скоростью реакции в топлива может быть добавлен гидрид и/или боргидрид металла или бора. 8 н. и 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к ракетным топливам. Изобретения основано на том, что кислород реагирует только с металлом боргидрида (согласно ряду напряжений), а бор экзотермически реагирует с азотом и увеличивает энергетику реакции. Соединения бора, например бораны, боргидриды, кроме того, еще и дают большое количество водорода. Рассмотрены наиболее энергетичные боргидриды бериллия, алюминия, лития, лития-алюминия, кремния, тетраборан и декаборан в комбинациях с семью разными окислителями: азотной кислотой, пятиокисью азота, нитратом аммония, динитрамидом аммония, нитратом бора, нитратом бериллия, шестиокисью азота. Для увеличения количества выделяющегося водорода в реакцию добавлен аммиак. Техническим результатом изобретения является повышение скорости реактивной струи при повышении энергетики реакции за счет выделения газа с малым средним молекулярным весом - водорода. 38 н. и 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к ракетному топливу. Решение основано на том, что бор или бериллий экзотермически реагирует с азотом и увеличивает энергетику реакции. При этом реализуются тройные (три компонента) или двойные двуэнергетические (азот - бор, металл - кислород) реакции, где первый компонент - боргидрид металла, второй - окислитель, содержащий связанный азот, и металл или бор, где соотношение первых двух компонентов берется исходя из баланса «бор - азот», а затем количество третьего компонента берется исходя из баланса «кислород - металл и, если он есть в третьем компоненте, бор», а водород не окисляется и выделяется в результате реакции. Предложены варианты топлив, включающие боргидрид бериллия, лития, алюминия, лития-алюминия и/или кремния с окислителем, содержащим связанный азот, динитрамид аммония, нитрат бора, нитрат бериллия, нитрат аммония, азотную кислоту, пятиокись азота или шестиокись азота, а в качестве третьего компонента - бериллий, литий, алюминий, кремний и/или бор или их гидриды, а также магний или гидрид лития-алюминия. Технический результат заключается в повышении скорости реактивной струи за счет повышения энергетики реакции и выделения газа с малым молекулярным весом - водорода. 33 н. и 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к ракетным топливам. Рассмотрены ракетные топлива, включающие боргидрид бериллия, алюминия, лития, лития-алюминия или кремния, тетраборан или декаборан в комбинациях с семью разными окислителями: азотной кислотой, пятиокисью азота, нитратом аммония, динитрамидом аммония, нитратом бора, нитратом бериллия, шестиокисью азота. Для увеличения количества выделяющегося водорода в состав добавлен гидразин. Изобретение основано на том, что кислород реагирует только с металлом боргидрида, согласно ряду напряжений, а бор экзотермически реагирует с азотом и увеличивает энергетику реакции. Соединения бора, например, бораны, боргидриды, кроме того, еще дают большое количество водорода. Изобретение обеспечивает повышение скорости реактивной струи. 39 н. и 2 з.п. ф-лы.
Наверх