Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА - Патент РФ 2142401
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА
ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА

ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к получению технического кислорода с использованием твердых источников кислорода. Состав содержит, мас.%: перхлорат калия 80 - 92, бор 3 - 8, кремний 4 - 12. Состав химически стоек при хранении, устойчиво и равномерно горит при повышенных давлениях и в диапазоне температур от минус 50 до плюс 50oС, удельное газовыделение 130-265 см3/г, содержание кислорода 97, 76 - 98, 65 об.%, температура горения 480 - 830oС. 2 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2142401
Класс(ы) патента: C01B13/02
Номер заявки: 98109283/12
Дата подачи заявки: 08.05.1998
Дата публикации: 10.12.1999
Заявитель(и): Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно- исследовательский институт экспериментальной физики; Министерство Российской Федерации по атомной энергии
Автор(ы): Голубев В.А.; Демидов О.С.; Ионова Н.В.; Усков А.А.; Харламов М.В.
Патентообладатель(и): Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно- исследовательский институт экспериментальной физики; Министерство Российской Федерации по атомной энергии
Описание изобретения: Изобретение относится к области пиротехники и может быть использовано для получения технического кислорода, например, в газогенераторах и источниках давления.
В промышленности кислород получают разделением воздуха, главным образом методом низкотемпературной ректификации, а также при промышленном электролизе воды /1/.
Для получения небольших количеств кислорода используют твердые источники кислорода (пиротехнические составы), действие которых основано на самораспространяющейся экзотермической реакции между окислителем-носителем кислорода (хлоратом или перхлоратом легкого металла) и горючим /1/.
Известен состав для получения кислорода /2/, включающий хлорат натрия, магний и оксид кальция (и/или пероксид кальция, гидроксид кальция) в качестве катализатора при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Хлорат натрия - 75-90
Магний - 2-5
Оксид кальция (и/или CaO2, Ca(OH)2) - 5-23
Температура горения состава 610-700oC, удельное газовыделение 230-265 см3/г.
Недостатком состава является его низкая химическая стойкость вследствие значительной гигроскопичности хлората натрия /3/.
Известен состав для получения кислорода /4/, включающий перхлорат лития, пероксид бария для подавления образования свободного хлора, горючие бор и железо, медное волокно в качестве связи при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Перхлорат лития - 89,0
Пероксид бария - 4,0
Бор - 1,8
Железо - 2,2
Медное волокно - 3,0
Температура горения состава 800oC, удельное газовыделение 337 см3/г.
Недостатками состава являются низкая химическая стойкость вследствие высокой гигроскопичности перхлората лития и его склонности к образованию тригидрата LiClO4 · 3H2O /1/; высокая токсичность пероксида бария - ПДК в воздухе 0,5 мг/м3 /5/.
Известен состав для получения кислорода /6/, включающий перхлорат натрия, пероксид и/или надпероксид натрия, оксид переходного металла NiO, Co2O3 или Fe2O3 в качестве катализаторов разложения перхлората, магний в качестве горючего при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Перхлорат натрия - 84,5-92,5
Пероксид (и/или надпероксид) натрия - 3,5-5,5
Оксид переходного металла - 1,5-3,5
Магний - 2,5-6,5
Температура горения состава 580-640oC, удельное газовыделение 320-345 см3/г.
Недостатком состава является его низкая химическая стойкость вследствие гигроскопичности перхлората натрия и его склонности к образованию моногидрата NaClO4 · H2O /7/, высокая гигроскопичности пероксида (надпероксида) натрия, способного реагировать с влагой и углекислым газом воздуха с образованием смеси гидроксида и карбоната натрия.
Наиболее близким к заявляемому составу по технической сущности является пиротехнический состав /8/ по патенту России N 2061650, кл. C 01 B 13/02, который и выбран заявителем в качестве прототипа.
Состав включает перхлорат калия, порошок алюминия и пероксид бария при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Перхлорат калия - 60-90
Алюминий - 5-30
Пероксид бария - 5-10
Состав предназначен для использования в системах жизнеобеспечения летательных и подводных аппаратов, в кислородных масках и пр. Температура горения состава 1100-1800oC, выход кислорода 150-250 см3/г, чистота газа - до 99,7 об.% кислорода, примеси хлора отсутствуют.
Данный состав имеет следующие недостатки:
- высокую температуру горения;
- жидкие и газообразные продукты горения;
- высокую токсичность.
При температуре горения состава испаряется образующийся при разложении перхлората хлорид калия (температуре кипения около 1500oC) и вместе с остальными продуктами горения (оксидами алюминия и бария) выносится из зоны реакции, что весьма затрудняет задачу фильтрации кислорода.
При высоких температурах химическая активность кислорода значительно возрастает, он становится способным прожигать фильтры, трубки газовывода и другие элементы конструкции газогенератора, в связи с чем представляется затруднительным использование данного состава в системах газонаполнения и источниках давления.
Токсичность состава устанавливается по наиболее токсичному компоненту. Наиболее токсичным компонентом данного способа является пероксид бария - весьма токсичное вещество, ПДК в воздухе 0,5 мг/м3.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является разработка пиротехнического состава для получения кислорода, имеющего:
- более низкую температуру горения;
- компактные, твердые, пористые шлаки, обладающие фильтрующей способностью;
- более низкую токсичность.
Технический результат, достигаемый при использовании заявленного пиротехнического состава, заключается в следующем:
1) удельное газовыделение 130-265 см3/г;
2) содержание кислорода 97,76-98,65 об.%;
3) температура горения 480-830oC;
4) компактные, твердые, пористые шлаки;
5) состав обладает химической стойкостью;
6) состав способен к устойчивому, равномерному горению при повышенных давлениях;
7) состав устойчиво и стабильно горит в диапазоне температур от минус 50 до плюс 50oC;
8) компоненты состава малотоксичны и негигроскопичны.
Для решения поставленной задачи в известный пиротехнический состав, содержащий горючее и перхлорат калия в качестве окислителя, согласно изобретению, в качестве горючего вводятся порошки бора и кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Перхлорат калия - 80-92
Бор - 3-8
Кремний - 4-12
Бор имеет более низкую температуру воспламенения (400-450oC), чем алюминий в прототипе (более 800oC), и более высокую теплотворную способность /3/, что позволяет обеспечить составу легкость зажигания и способность к устойчивому горению в широком диапазоне температур.
Бор и кремний имеют более низкие температуры горения в кислороде, чем алюминий /9/, вследствие чего использование их в составе способствует снижению его температуры горения.
Кремний имеет высокую температуру воспламенения (700-900oC), поэтому он сгорает до диоксида кремния SiO2 лишь частично. Кремний и его диоксид имеют высокие температуры плавления (1430oC и 1610oC соответственно), поэтому при горении состава они остаются в твердом виде, их частички спекаются между собой и с другими продуктами горения (с KCl и B2O3), образуя компактный, твердый, пористый шлак, обладающий фильтрующей способностью.
Наиболее токсичным компонентом заявляемого состава является перхлорат калия. Перхлорат калия - слаботоксичное вещество /7/, ПДК в воздухе 1,0 мг/м3.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый состав соответствует критерию "Новизна".
Анализ известных пиротехнических составов не выявил составов, содержащих признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого состава.
Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Изобретательский уровень".
Для подтверждения промышленной применимости были изготовлены и испытаны несколько образцов из заявляемого состава.
Исходные компоненты состава после сушки и измельчения в шаровой мельнице просеивались через сито с размером отверстий 100 мкм. Затем компоненты смешивались в механическом смесителе в течение 30-40 мин и из полученной смеси прессовались цилиндрические образцы состава диаметром 15 мм и высотой 10 мм. Плотность образцов составляла 1,83 г/см3 (степень уплотнения 0,73).
Воспламенение образцов осуществлялось при помощи спирали накаливания.
Газовыделение состава определялось путем сжигания образцов в установке известного объема, предварительно откачанной до остаточного давления ~ 10-2 мм рт.ст.
Анализ полученного газа осуществлялся при помощи масс-спектрометра.
Скорость горения образцов при атмосферном давлении (в открытом виде) определялась по времени сгорания с помощью фотодиодов, установленных у торцов шашки состава.
Температура воспламенения состава определялась по ОСТ 3-6613-90.
Температура горения состава определялась с помощью термопар "Хромельалюмель".
Калорийность состава определялась по стандартной методике в среде воздуха.
В табл. 1 представлены данные о составе образцов и результатах их испытаний, из анализа которых следует, что рецептуры N 3-6 наиболее полно удовлетворяют критериям качества заявляемого пиротехнического состава.
Для определения способности заявляемого состава к устойчивому горению в диапазоне температур от минус 50 до плюс 50oC проводились опыты по сжиганию образцов состава, предварительно охлажденных (нагретых) до температуры минус 50oC (плюс 50oC).
Для составов с рецептурами N 3 и N 5 (табл. 1) определена способность к равномерному, устойчивому горению при повышенных давлениях (в замкнутом объеме).
В табл. 2 приведены результаты определения скорости горения состава в зависимости от достигаемого в газогенераторе давления. Регистрация процесса горения осуществлялась с помощью датчика давления.
Из данных табл. 2 следует, что заявляемый состав при повышенных давлениях (до 250 кгс/см2) горит устойчиво и не наблюдается резкого увеличения скорости горения.
Проведенные испытания заявляемого пиротехнического состава показали, что оптимальными являются соотношения компонентов, приведенные в п. N 3-6 табл. 1, при которых достигнуты следующие наилучшие технические показатели:
- удельное газовыделение 252-265 см3/г;
- содержание кислорода 97,96-98,65 об.%;
- температура горения 480-750oC;
- скорость горения 0,7-3,4 мм/с
- удельная калорийность 1,65-2,71 кДж/г
Для составов с рецептурами N 3 и N 5 (табл. 1) определена способность к равномерному, устойчивому горению с плавным увеличением скорости горения в диапазоне давлений до 250 кгс/см2.
Состав с рецептурами N 3-6 (табл. 1) горит с образованием компактных, твердых, пористых шлаков, сохраняющих форму исходного образца и обладающих фильтрующими свойствами.
Наиболее токсичным компонентом заявляемого состава является перхлорат калия. Перхлорат калия является слаботоксичным веществом, ПДК в воздухе составляет 1,0 мг/м3.
Список литературы
1. Химическая энциклопедия, т. 2, М., Советская энциклопедия, 1990.
2. Патент России N 2056341, кл. C 01 B 13/02, опубл. Б.И. N 8, 1996.
3. Шидловский А.А. Основы пиротехники. М., Машиностроение, 1973.
4. Патент США N 3174936, кл. 252-183, опубл. 1965.
5. Химический энциклопедический словарь, М., Советская энциклопедия, 1983.
6. Патент России N 2057707, кл. C 01 B 13/02, опубл. Б.И. N 10, 1996.
7. Химическая энциклопедия, т. 3, М., Советская энциклопедия, 1992.
8. Патент России N 2061650, кл. C 01 B 13/02, опубл. Б.И. N 16, 1996.
9. Похил П.Ф. и др. Горение порошкообразных металлов в активных средах. М., Наука, 1972.
Формула изобретения: Пиротехнический состав для получения кислорода, содержащий горючее и перхлорат калия в качестве окислителя, отличающийся тем, что в качестве горючего он содержит порошки бора и кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Перхлорат калия - 80 - 92
Бор - 3 - 8
Кремний - 4 - 12