WO2022055392A1 - Твердотопливный газогенерирующий состав - Google Patents
Твердотопливный газогенерирующий состав Download PDFInfo
- Publication number
- WO2022055392A1 WO2022055392A1 PCT/RU2021/000388 RU2021000388W WO2022055392A1 WO 2022055392 A1 WO2022055392 A1 WO 2022055392A1 RU 2021000388 W RU2021000388 W RU 2021000388W WO 2022055392 A1 WO2022055392 A1 WO 2022055392A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- nitrate
- gas generating
- composition
- ammonium nitrate
- oxidizer
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 title claims abstract description 12
- PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 2-(3-bromo-2-fluorophenyl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC(Br)=C1F PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N magnesium nitrate Chemical compound [Mg+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N hexamethylenetetramine Chemical compound C1N(C2)CN3CN1CN2C3 VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 claims abstract description 4
- 235000010299 hexamethylene tetramine Nutrition 0.000 claims abstract description 4
- 239000004312 hexamethylene tetramine Substances 0.000 claims abstract description 4
- VILCJCGEZXAXTO-UHFFFAOYSA-N 2,2,2-tetramine Chemical compound NCCNCCNCCN VILCJCGEZXAXTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- NYYLSBUJPDDZNU-UHFFFAOYSA-N N.[Cu++].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O Chemical class N.[Cu++].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O NYYLSBUJPDDZNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WTVNZJWXMPUWHO-UHFFFAOYSA-N N.[N+](=O)([O-])[O-].[Zn+2].[N+](=O)([O-])[O-] Chemical compound N.[N+](=O)([O-])[O-].[Zn+2].[N+](=O)([O-])[O-] WTVNZJWXMPUWHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 17
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 10
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 abstract description 4
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 abstract description 4
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 abstract description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 3
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 abstract 1
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical compound C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000002760 rocket fuel Substances 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- QQNZCAVXKRRKDM-UHFFFAOYSA-N N-(1-cyanoethyl)nitramide Chemical compound CC(N[N+]([O-])=O)C#N QQNZCAVXKRRKDM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 3
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- DMBHHRLKUKUOEG-UHFFFAOYSA-N diphenylamine Chemical compound C=1C=CC=CC=1NC1=CC=CC=C1 DMBHHRLKUKUOEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N zinc nitrate Chemical compound [Zn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- SQSPRWMERUQXNE-UHFFFAOYSA-N Guanylurea Chemical compound NC(=N)NC(N)=O SQSPRWMERUQXNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 description 1
- JOSWYUNQBRPBDN-UHFFFAOYSA-P ammonium dichromate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O JOSWYUNQBRPBDN-UHFFFAOYSA-P 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 150000001845 chromium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 229920001795 coordination polymer Polymers 0.000 description 1
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical class [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 150000008049 diazo compounds Chemical class 0.000 description 1
- SOCTUWSJJQCPFX-UHFFFAOYSA-N dichromate(2-) Chemical compound [O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O SOCTUWSJJQCPFX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- -1 for example Polymers 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- QKVCTKJCIMPZEI-UHFFFAOYSA-N n-methyl-n-[[methyl(nitro)amino]methyl]nitramide Chemical compound [O-][N+](=O)N(C)CN(C)[N+]([O-])=O QKVCTKJCIMPZEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MJVUDZGNBKFOBF-UHFFFAOYSA-N n-nitronitramide Chemical compound [O-][N+](=O)N[N+]([O-])=O MJVUDZGNBKFOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 125000000449 nitro group Chemical group [O-][N+](*)=O 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 150000003536 tetrazoles Chemical class 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06D—MEANS FOR GENERATING SMOKE OR MIST; GAS-ATTACK COMPOSITIONS; GENERATION OF GAS FOR BLASTING OR PROPULSION (CHEMICAL PART)
- C06D5/00—Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets
- C06D5/06—Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets by reaction of two or more solids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/58—Compositions for enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons, i.e. for improving the mobility of the oil, e.g. displacing fluids
- C09K8/592—Compositions used in combination with generated heat, e.g. by steam injection
Definitions
- the invention relates to the chemical industry, namely the development of a thermoplastic, moldable gas generating composition based on ammonium nitrate and magnesium nitrate, which can be used to actuate various mechanisms that use the energy of compressed gases.
- Solid propellant gas-generating composition which contains an oxidizer, a fuel-binder and an energy additive.
- Ammonium nitrate grade ZhV was used as an oxidizing agent in the composition
- methylpolyvinyltetrazole was used as a fuel-binder
- nitraminopropionitrile was used as an energy additive, with the following content of components, wt.%: 60-70 ammonium nitrate grade ZhV, 5-20 methylpolyvinyltetrazole, 20 -25 nitraminopropionitrile.
- the composition does not contain toxic compounds in combustion products, has low sensitivity to detonation and mechanical stress, high gas productivity at low the temperature of the combustion products, good flammability of the compositions at an increased rate of their combustion under normal conditions.
- the invention according to RF patent No. 2425821 relates to low-temperature solid fuel gas-generating compositions based on ammonium nitrate, intended for gas generators used in fire extinguishing equipment, in inflation devices for various shells and for mechanisms operating under the action of compressed gases.
- the gas generating composition contains, wt %: ammonium nitrate 50.0-70.0, poly-N-methyl-5-vinyltetrazole 4.8-8.0, zinc oxide 1.0-2.0, nitraminopropionitrile 16.7- 27.3, 2,4-dinitro-2,4diazapentane 7.2-11.6, diphenylamine 0.3-1.0.
- the gas generating composition has an increased specific gas production, has a high level of mechanical characteristics and is improved from an environmental point of view.
- the above compositions provide a good level of energy performance, but contain expensive and scarce compounds such as dinitramide and tetrazole derivatives, nitro and diazo compounds. This factor nullifies the most important advantage of ammonium nitrate as a cheap and environmentally friendly oxidizing agent. Since environmental friendliness (ecological cleanliness) depends not only on what products are formed as a result of the combustion of this particular composition at the time of its application on site. But equally, it also depends on how many resources in general were spent on its production, since the use of resources, and in particular energy generation, is the main burden on the environment, and the final indicator of the amount of resources spent is the cost of the final product.
- the gas-generating composition is also known according to the patent of the Russian Federation No. 2444554, published on 02.07.2010 ⁇ 09 ⁇ 8/00.
- the invention relates to the oil industry, and in particular to the development of a thermoplastic solid propellant composition used for intensification and oil production.
- Thermoplastic solid fuel composition containing ammonium nitrate, rubber, combustion catalyst contains powdered nitrile butadiene rubber with a particle size of 0.4-2.0 mm as a rubber, potassium bichromate or ammonium bichromate as a combustion catalyst in the following ratio, wt .%: ammonium nitrate 79-88, specified rubber 8-18, potassium dichromate or ammonium dichromate 1-11. pressure of the combustion rate of the composition and a decrease in the content of solid combustion products.
- This composition has a low cost, does not contain scarce components, but contains toxic chromium compounds, has a low density and low burning rate, as well as low energy characteristics.
- the present invention is based on the task of creating a solid fuel gas generating composition with the maximum realization of the energy potential of ammonium nitrate, as well as achieving combustion rates acceptable for wide practical application without the use of expensive and toxic components at a minimum cost of the composition as a whole.
- the technical result is the full realization of the energy potential of ammonium nitrate as an environmentally friendly oxidizer for gas generating compositions without the use of expensive, scarce or toxic compounds in the composition, as well as an increase in the density of the composition and the burning rate of gas generating compositions based on ammonium nitrate.
- the present invention is a solid fuel composition containing ammonium nitrate as the main oxidant, magnesium nitrate as an additional oxidizer, zinc and copper ammonia nitrates as combustion catalysts, organic amine as the main fuel component, preferably with two or more amino groups, for example, hexamethylenetetramine, polyethylenepolyamines, triethylenetetramine in the following ratio of components, wt %: magnesium nitrate 10-22; zinc nitrate ammonia 1.5-30; copper nitrate ammonia 1, 5-3.0; organic amine 10-18. ammonium nitrate - the rest.
- ammonium nitrate is used as a base - a cheap and affordable source of light gases, as well as an oxidizing agent
- magnesium nitrate serves as an additional oxidizing agent, being a very effective compound in this regard due to the small atomic mass of magnesium, and the low heat of formation of the nitrate itself.
- magnesium nitrate is dehydrated almost completely and without decomposition in the ammonium nitrate melt, subsequently effectively reducing the melting point of the entire composition.
- the magnesium oxide formed during combustion with a very developed surface also partially serves as a surface for catalytic processes.
- Copper and zinc nitrate ammoniates are the main catalysts for the combustion of fuels, especially amine fuels, they also reduce the actual hygroscopicity of the compositions and strongly affect the physical and mechanical properties, in particular, due to the formation of coordination polymer compounds with amines containing two or more amino groups.
- Amine combustibles affect the mechanical properties of the composition.
- Hexamethylenetetramine was chosen as the main fuel due to a number of positive properties, such as low cost and availability, low toxicity, positive heat of formation, sufficiently high density, as well as high hydrogen content.
- the proposed composition has a low dependence of the burning rate on pressure, which facilitates the design of gas generators and various engines.
- the burning rate at atmospheric pressure is 2-5 mm/s, in the gas generator/engine 8-12 mm/s, and the rate of 8 mm/s is already achieved at pressures of no more than 10 atm, followed by a pronounced plateau.
- 1st stage Fusion of ammonium nitrate with nitrates, nitrate ammoniates, and/or oxides of the corresponding metals (Mg, Zn, Cu).
- 2nd stage Fusion of the oxidizer obtained in the first stage with amine fuel.
- the oxidizing agent is melted at constant temperature control of not more than 130 °C, after which the temperature is reduced to 100-110 °C, and amine fuel is introduced, with a further decrease in temperature to 90-100 °C.
- Table 2 shows examples of solid fuel gas generating compositions in accordance with the invention
- the density of the compositions averages from 1.68 to 1.78 g / cm3 without the use of additional metallic fuel, while the burning rate is 2-5 mm / s at 1 atm and 8-10 and mm / s at 25 - 60 atm, the amount of gaseous products is 740-960 liters per kilogram. Also, due to the presence of zinc and copper nitrates in the composition of magnesium nitrate and unsaturated ammoniates, in combination with amine fuel, low processing temperatures of the composition, 90-110 ° C, are achieved.
- compositions are characterized by such properties as ease of casting into molds, good adhesion to a number of materials (mainly fabric and paper fibrous bases), while booking pre-cast blanks, a number of polymers, for example, epoxy resins, polyurethanes, have good adhesion to the compositions. , idiot. Sufficient life time (long-term preservation of visco-plastic properties after pouring the composition). Table 2.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химической промышленности, а именно к разработке термопластичного, перерабатывающегося литьем газогенерирующего состава, который может быть использован для приведения в действие различных механизмов, использующих энергию сжатых газов, а также как модельное ракетное топливо. Технический результат - возможность полной реализации энергетического потенциала нитрата аммония как экологически чистого окислителя газогенерирующих составов и модельных ракетных топлив без использования дорогостоящих, дефицитных или токсичных соединений в составе, увеличение плотности состава и скорости горения газогенерирующих составов на основе нитрата аммония. Твердотопливный газогенерирующий состав содержит в качестве основного окислителя нитрат аммония, в качестве дополнительного окислителя - нитрат магния, в качестве катализаторов горения -нитраты аммиакатов цинка и меди, в качестве основного горючего компонента - органический амин предпочтительно с двумя или более аминогруппами, например гексаметилентетрамин, полиэтиленполиамины, триэтилентетрамин, при следующем соотношении компонентов, мас. %: нитрат магния 10-22; аммиакат нитрата цинка 1,5-30; аммиакат нитрата меди 1,5-3,0; органический амин 10-18; нитрат аммония остальное. 2 табл.
Description
ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ ГАЗОГЕНЕРИРУЮЩИЙ СОСТАВ ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к химической промышленности, а именно к разработке термопластичного, перерабатывающегося литьем газогенерирующего состава на основе нитрата аммония и нитрата магния, который может быть использован для приведения в действие различных механизмов, использующих энергию сжатых газов.
Известно достаточно много газогенерирующих составов на основе нитрата аммония и, как правило, их недостатки сводятся в две группы, либо недостаточные скорости горения как при атмосферном, так и при повышенном давлении, сочетающиеся как правило с невысокой энергетикой, либо высокое содержание дорогих и дефицитных энергонасыщенных материалов, делающих данные составы дорогостоящими в производстве.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен по патенту РФ № 2423339 «Твердотопливный газогенерирующий состав», который содержит окислитель, горючее-связующее и энергетическую добавку. В качестве окислителя в составе использован нитрат аммония марки ЖВ, в качестве горючего-связующего - метилполивинилтетразол, а в качестве энергетической добавки - нитраминопропионитрил, при следующем содержании компонентов, мас.%: 60-70 нитрата аммония марки ЖВ, 5-20 метилполивинилтетразола, 20-25 нитраминопропионитрила. Состав не содержит токсичные соединения в продуктах сгорания, обладает низкой чувствительностью к детонационным и механическим воздействиям, высокой газопроизводительностью при низкой
температуре продуктов сгорания, хорошей воспламеняемостью составов при повышенной скорости их горения в нормальных условиях.
Известен газогенерирующий состав по патенту РФ №2 444 505, содержащий нитрат аммония марки ЖВ, динитрамид гуанилмочевины, дикарболлильный комплекс железа и горючее-связующее на основе метилполивинитетразола, пластифицированного эвтектикой динитразапентана с 1 ,2,4-нитротриазолом. Изобретение обеспечивает низкое содержание конденсированных продуктов сгорания в генерируемых газах, высокую скорость горения и газопроизводительность и низкое время задержки воспламенения.
Изобретение по патенту РФ № 2425821 относится к низкотемпературным твердотопливным газогенерирующим составам на основе нитрата аммония, предназначенным для газогенераторов, используемых в средствах пожаротушения, в устройствах надува различных оболочек и для механизмов, работающих под действием сжатых газов. Газогенерирующий состав содержит, мас.%: нитрат аммония 50,0-70,0, поли-N- метил-5-винилтетразол 4, 8-8,0, окись цинка 1 , 0-2,0, нитраминопропионитрил 16,7-27,3, 2,4-динитро-2,4диазапентан 7,2-11,6, дифениламин 0, 3-1 ,0.
Газогенерирующий состав имеет повышенную удельную газопроизводительность, обладает высоким уровнем механических характеристик и улучшен с экологической точки зрения.
Приведенные выше составы обеспечивают хороший уровень энергетических характеристик, но содержат дорогостоящие и дефицитные соединения, такие как производные динитрамида и тетразолов, нитро- и диазосоединения. Данный фактор по суди сводит к нулю самое главное преимущество нитрата аммония, как дешевого и экологически чистого окислителя. Так как экологичность (экологическая чистота) зависит не только от того какие продукты образуются в результате сгорания данного конкретного состава в момент его применения на месте. Но в равной степени и от того, сколько ресурсов в целом было затрачено на его производство, так как использование ресурсов, а в частности выработка энергии и есть основная нагрузка на окружающую среду, а конечным показателем суммы затраченных ресурсов является стоимость конечного продукта.
Так же известен газогенерирующий состав по патенту РФ №2444554, опубликован 02.07.2010 С09К 8/00. Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к разработке термопластичного твердотопливного состава, используемого для интенсификации и добычи нефти. Термопластичный твердотопливный состав, содержащий нитрат аммония, каучук, катализатор горения, содержит в качестве каучука порошкообразный бутадиен-нитрильный каучук с размером частиц 0,4-2, 0 мм, в качестве катализатора горения - бихромат калия или бихромат аммония при следующем соотношении компонентов, мас.%: нитрат аммония 79-88, указанный каучук 8-18, бихромат калия или бихромат аммония 1- 11. Технический результат - увеличение при повышенном
давлении скорости горения состава и уменьшение содержания твердых продуктов сгорания.
Данный состав имеет низкую стоимость, не содержит дефицитных компонентов, но содержит токсичные соединения хрома, имеет низкую плотность и низкую скорость горения, а так же не высокие энергетические характеристики.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В основу настоящего изобретения поставлена задача создания твердотопливного газогенерирующего состава с максимальной реализацией энергетического потенциала нитрата аммония, а так же достижение приемлемых для широкого практического применения скоростей горения без использования дорогостоящих и токсичных компонентов при минимальной стоимости состава в целом.
Техническим результатом является полная реализация энергетического потенциала нитрата аммония как экологически чистого окислителя газогенерирующих составов без использования дорогостоящих, дефицитных или токсичных соединений в составе, а так же увеличение плотности состава и скорости горения газогенерирующих составов на основе нитрата аммония.
Настоящее изобретение представляет собой твердотопливный состав, содержащий в качестве основного окислителя нитрат аммония, в качестве дополнительного окислителя содержит нитрат магния, в качестве катализаторов горения нитраты аммиакатов цинка и меди, в качестве основного горючего компонента органический амин предпочтительно с двумя или более аминогруппами, например,
гексаметилентетрамин, полиэтиленполиамины, триэтилентетрамин при следующем соотношении компонентов, масс %: нитрат магния 10-22; аммиакат нитрата цинка 1 ,5-30; аммиакат нитрата меди 1 , 5-3,0; органический амин 10-18. нитрат аммония - остальное.
Назначение компонентов: нитрат аммония используется как основа - дешевый и доступный источник легких газов, а так же как окислитель, нитрат магния служит дополнительным окислителем, являясь в этом плане весьма эффективным соединением благодаря небольшой атомной массе магния, и невысокой теплоте образования самого нитрата.
Нитрат магния при этом практически полностью и без разложения обезвоживается в расплаве нитрата аммония, в последствии эффективно снижая температуру плавления всего состава. Образующаяся при горении окись магния с очень развитой поверхностью так же частично служит поверхностью для каталитических процессов.
Аммиакаты нитратов меди и цинка являются основными катализаторами процесса горения топлива, особенно аминного, так же они снижают фактическую гигроскопичность составов и сильно влияют на физико-механические свойства, в частности, благодаря образованию координационных полимерных соединений с аминами, содержащими от двух и более аминогрупп. Аминные горючие как уже указано выше влияют на механические свойства состава. В качестве основного горючего выбран гексаметилентетрамин благодаря ряду положительных свойств, таких как низкая стоимость и доступность, низкая
токсичность, положительная теплота образования, достаточно высокая плотность, а так же высокое содержание водорода.
Далее в таблице 1 приводится сравнительная характеристика свойств по патенту РФ № 2444554 и предлагаемого изобретения:
Таблица 1.
Так же, предлагаемый состав имеют низкую зависимость скорости горения от давления, что облегчает проектирование газогенераторов и различных двигателей.
Скорость горения при атмосферном давлении 2-5мм/сек, в газогенераторе/двигателе 8-12мм/сек, при чем скорость 8мм/сек, достигается уже при давлениях не более 10 атм, дальше следует выраженное плато.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ.
ПРИМЕРВ
Изготовление данных твердотопливных составов осуществляют в три стадии:
1-я стадия: Сплавление нитрата аммония с нитратами, аммиакатами нитратов, и/или оксидами соответствующих металлов (Mg, Zn, Си).
2-я стадия: Сплавление полученного на первой стадии окислителя с аминным горючим. Для этого окислитель расплавляется при постоянном контроле температуры не более 130 °C, после чего температура снижается до 100-110 °C, и вводится аминное горючее, при дальнейшем снижении температуры до 90-100 °C. На этой же стадии возможно введение дополнительного горючего, армирующих материалов и технологических добавок. После того, как состав станет однородным, он может заливаться в формы.
В таблице 2 приведены примеры твердотопливных газогенерирующих составов в соответствии с изобретением
Технический результат подтверждается тем, что плотность составов в среднем составляет от 1 ,68 до 1 ,78гр/смЗ без использования дополнительного металлического горючего, при этом скорость горения 2-5мм/сек при 1 атм и 8-10 и мм/сек при 25-60 атм, количество газообразных продуктов 740-960 литров на килограмм. Так же благодаря наличию в составе нитрата магния и ненасыщенных аммиакатов нитратов цинка и меди в сочетании с аминным горючим достигаются невысокие температуры переработки состава, 90-110 °C. Кроме того, для данных составов характерны такие свойства, как легкость литья в формы, хорошая адгезия к ряду материалов (в основном тканевые и бумажные волокнистые основы), при бронировании же заранее отлитых заготовок хорошей адгезией к составам обладает ряд полимеров, например эпоксидные смолы, полиуретаны, идитол. Достаточное время жизни (длительное сохранение вязко-пластичных свойств после заливки состава).
Таблица 2.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
Claims
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Твердотопливный газогенерирующий состав на основе на основе нитрата аммония, отличающийся тем, что он включает в качестве дополнительного окислителя нитрат магния, так же нитраты аммиакатов цинка и меди, органический амин предпочтительно с двумя или более аминогруппами, например, гексаметилентетрамин, полиэтиленполиамины, триэтилентетрамин при следующем соотношении компонентов, масс%: нитрат магния 10-22 аммиакат нитрата цинка 1 ,5-30; аммиакат нитрата меди 1 , 5-3,0; органический амин 10-18. нитрат аммония - остальное;
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020130234 | 2020-09-14 | ||
| RU2020130234A RU2739778C1 (ru) | 2020-09-14 | 2020-09-14 | Твердотопливный газогенерирующий состав |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2022055392A1 true WO2022055392A1 (ru) | 2022-03-17 |
Family
ID=74106609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2021/000388 WO2022055392A1 (ru) | 2020-09-14 | 2021-09-13 | Твердотопливный газогенерирующий состав |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2739778C1 (ru) |
| WO (1) | WO2022055392A1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2423339C1 (ru) * | 2009-10-21 | 2011-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Твердотопливный газогенерирующий состав на основе нитрата аммония |
| RU2444554C1 (ru) * | 2010-07-02 | 2012-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "Спецхимпродукт" | Термопластичный твердотопливный состав для обработки нефтяных скважин |
| US8642789B2 (en) * | 2011-10-25 | 2014-02-04 | National Central University | Co-crystal compound, method for preparing the same and oxidant of gas generator propellant |
| RU2539959C1 (ru) * | 2013-07-29 | 2015-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Газогенерирующий сокристаллизат на основе нитрата аммония |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2425821C1 (ru) * | 2009-12-15 | 2011-08-10 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Алтай" | Газогенерирующий состав |
-
2020
- 2020-09-14 RU RU2020130234A patent/RU2739778C1/ru active
-
2021
- 2021-09-13 WO PCT/RU2021/000388 patent/WO2022055392A1/ru active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2423339C1 (ru) * | 2009-10-21 | 2011-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Твердотопливный газогенерирующий состав на основе нитрата аммония |
| RU2444554C1 (ru) * | 2010-07-02 | 2012-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "Спецхимпродукт" | Термопластичный твердотопливный состав для обработки нефтяных скважин |
| US8642789B2 (en) * | 2011-10-25 | 2014-02-04 | National Central University | Co-crystal compound, method for preparing the same and oxidant of gas generator propellant |
| RU2539959C1 (ru) * | 2013-07-29 | 2015-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Газогенерирующий сокристаллизат на основе нитрата аммония |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2739778C1 (ru) | 2020-12-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kumari et al. | Energetic plasticizers for gun & rocket propellants | |
| CN106397075A (zh) | 一种鞭炮用安全引火线组合物 | |
| WO2022055392A1 (ru) | Твердотопливный газогенерирующий состав | |
| US6599380B2 (en) | Guanidine-thermite igniter composition for use in gas generators | |
| Singh | Survey of new energetic and eco-friendly materials for propulsion of space vehicles | |
| RU2393140C1 (ru) | Твердотопливный низкотемпературный газогенерирующий состав | |
| Nakajima et al. | The effects of chromium compounds on PVA-coated AN and GAP binder pyrolysis, and PVA-coated AN/GAP propellant combustion | |
| US2901886A (en) | Method of increasing engine thrust | |
| KR100895411B1 (ko) | 소화제조성물 | |
| US3919013A (en) | Use of graphite fibers to augment propellant burning rate | |
| CN110759800A (zh) | 一种高能高力学性能电控固体推进剂 | |
| RU2394800C1 (ru) | Термопластичный газогенерирующий пиротехнический состав повышенной силы | |
| CN103333036A (zh) | 一种低临界压力双基推进剂 | |
| US4392895A (en) | Ramjet fuel | |
| RU2513919C2 (ru) | Пиротехнический низкотемпературный быстрогорящий газогенерирующий состав | |
| AU2020272752A1 (en) | Low-smoke pyrotechnic composition | |
| EP1086060B1 (en) | Hydrazinium nitroformate based high performance solid propellants | |
| RU2797695C1 (ru) | Топливо на основе нитрата аммония с низкой чувствительностью к удару и экологически чистыми продуктами горения | |
| US3664132A (en) | Hypergolic propellant systems using tetraformaltrisazine | |
| US6964715B2 (en) | High impetus, high burn rate gas generant propellant and seatbelt pretensioner incorporating same | |
| JP2002517376A (ja) | 含水組成物をベースとするガス発生用固体発火燃料 | |
| CN111635286B (zh) | 提高压装pbx炸药安全性能的粘结体系及其制备方法和应用 | |
| JPS58223687A (ja) | 無煙性コンポジツト推進薬 | |
| US1341207A (en) | Explosive propellent powder | |
| JP5044219B2 (ja) | 熱的早点火剤 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 21867222 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 21867222 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 21867222 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| 32PN | Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established |
Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205 DATED 12/10/2023) |