Топливная композиция и способ ее получения

Топливная композиция и способ ее получения

Реферат

Изобретение относится к топливной композиции для энергосиловых установок, установленных, например, на противолодочных торпедах, и способу ее получения.

В литературе описаны различные виды монотоплив, не требующие подачи дополнительного окислителя в камеру сгорания двигателя.

В патенте США №4427466, МПК С06В 25/34, публ. 14 января 1984, предложено использовать в качестве монотоплива смесь различных алифатических азидов и нитраминов. Приготовление таких составов связано с повышенной опасностью как самих азидов, так и с их синтезом. Получение нитраминов также является опасным и технологически сложным процессом. Нитрамины, как правило, получают нитрованием аминов смесью азотной кислоты и уксусного ангидрида.

В патенте US 3116188 С1, 149-88, публ. 31 декабря 1963, описано получение монотоплива смешиванием различных нитратов полиспиртов с добавкой в качестве флегматизатора дибутилсебацината. В качестве горючего предложено использовать наиболее опасные в обращении нитроглицерин или динитрат этиленгликоля. Никаких характеристик топлива не приводится.

Описанная в патенте WO №2012166046 А2, МПК C06D 5/08, публ. 06.12.2012, смесь, содержащая аммонийную соль динитрамида, воду и алифатические спирты, кристаллизуется при температуре ниже (-7)÷(-20)°C, что не позволяет хранить и использовать ее в зимних условиях.

Для объекта «топливная композиция и способ ее получения» в качестве прототипа выбран способ получения топлива OTTO FUEL II (патент США №5256220, МПК С06В 25/00, публ. 26 октября 1993), содержащего 75% динитрата 1,2-пропиленгликоля, 22,5% дибутилсебасцината и 1,5% 2-нитродифениламина. Топливо получают смешением отдельных компонентов.

Недостатки топлива, выбранного в качестве прототипа:

Топливо имеет недостаточно низкую температуру замерзания -28°C, что осложняет его применение в условиях холодной зимы и в торпедах, сбрасываемых с самолетов.

Недостатки способа, выбранного в качестве прототипа:

Топливо получается смешением трех компонентов, приготовленных в чистом виде. Приготовление топливной композиции с использованием в качестве компонента динитрата 1,2-пропиленгликоля в чистом виде, высокочувствительного к механическим воздействиям, очень опасно.

Кроме того, получение исходного соединения - динитрата 1,2-пропиленгликоля (или нитратов других спиртов) нитрованием 1,2-пропиленгликоля серно-азотной смесью и выделение динитрата 1,2-пропиленгликоля (или нитратов других спиртов) в чистом виде является взрывоопасным процессом.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении безопасности процесса получения топлива и улучшении его эксплуатационных свойств.

Предложена топливная композиция, содержащая нитрат полиспирта, флегматизатор и стабилизатор, которая в качестве флегматизатора содержит гетероциклическое соединение, выбранное из группы пятичленных гетероциклических соединений: 3,4,5-триметилизоксазол, 3-метил-5-пропил-1,2,4-оксадиазол, 3,4-диметилфуразан, 3,4-диметилфуроксан, 3-этокси-4-метилфуроксан, 3-пропокси-4-метилфуроксан, 3-бутокси-4-метилфуроксан, 3-амокси-4-метилфуроксан, 3-изоамокси-4-метилфуроксан, 3-циклогексилокси-4-метилфуроксан, 3-(2′-метоксиэтокси)-4-метилфуроксан, 3-(2′-этоксиэтокси)-4-метилфуроксан или циклогексилнитрат при следующем соотношении компонентов, мас. %:

нитрат полиспирта	35-75
флегматизатор	20-65
стабилизатор	1-2

Предложенная топливная композиция из вышеуказанных компонентов дополнительно может содержать циклогексилнитрат до 45%.

Предложен способ получения топливной композиции смешиванием компонентов, в котором используют горючее в виде раствора, например нитрата полиспирта во флегматизаторе, полученного при нитровании полиспирта.

В качестве флегматизаторов предложено использовать производные изоксазолов и оксадизолов: 3,4,5-триметилизоксазол, 3-метил-5-пропил-1,2,4-оксадиазол, 3,4-диметилфуразан, 3,4-диметилфуроксан, 3-этокси-4-метилфуроксан, 3-пропокси-4-метилфуроксан, 3-бутокси-4-метилфуроксан, 3-амокси-4-метилфуроксан, 3-изоамокси-4-метилфуроксан, 3-циклогексилокси-4-метилфуроксан, 3-(2′-метоксиэтокси)-4-метилфуроксан, 3-(2′-этоксиэтокси)-4-метилфуроксан или циклогексилнитрат.

В качестве полиспирта могут быть использованы этиленгликоль, 1,3- и 1,4-бутиленгликоли, диэтиленгликоль, которые при нитровании дают нитраты полиспиртов.

В качестве флегматизатора предложены гетероциклические соединения, не подвергающиеся взаимодействию с серно-азотной смесью, используемой при нитровании 1,2-пропиленгликоля (или нитратов других спиртов). Также предложено использовать циклогексилнитрат, который имеет нулевую чувствительность по русской пробе. Циклогексилнитрат производится промышленностью и используется как добавка к дизельному топливу. Ранее получение динитрата 1,2-пропиленгликоля (или нитратов других спиртов) проводилось нитрованием 1,2-пропиленгликоля (или других полиспиртов) на периодических установках с выделением динитрата 1,2-пропиленгликоля (или нитратов других спиртов) для последующего приготовления топлива. Использование в чистом виде динитрата 1,2-пропиленгликоля (или нитратов других спиртов), высокочувствительного к механическим воздействиям, очень опасно. Для повышения безопасности процесса получения динитрата 1,2-пропиленгликоля (или нитратов других спиртов) нитрование проводят с использованием инертного растворителя, например дихлорметана. Но при этом появляется дополнительная технологическая стадия отгонки растворителя. Это значительно усложняет технологию, ухудшает качество динитрата 1,2-пропиленгликоля (или нитратов других спиртов) и соответственно самого топлива, так как в нем остается некоторое количество хлорсодержащего растворителя. При горении такого топлива происходит быстрое разрушение двигателя.

В предложенном изобретении для повышения безопасности приготовления топливной композиции предлагается использовать в качестве горючего раствор нитрата полиспирта во флегматизаторе, полученный при нитровании полиспиртов.

Гетероциклические соединения, имеющие более высокую энтальпию образования и плотность, предложено одновременно использовать и в качестве растворителя, уменьшающего контакт нитрата полиспирта с отработанной серно-азотной смесью, и в качестве флегматизатора. Некоторые полученные составы монотоплива имеют более высокую плотность на 0,1-0,7 г/см³ (при замене ДБС) при уменьшении содержания, например, динитрата 1,2-пропиленгликоля на 5%. Кроме того, применение предложенных флегматизаторов позволяет снизить температуру замерзания до (-50)÷(-60)°C, что позволяет использовать топливо в условиях холодной зимы и в торпедах, сбрасываемых с самолетов.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

В трехгорлую колбу, снабженную термометром и мешалкой, заливают 30 мл серно-азотной смеси (48% H₂SO₄, 48% HNO₃, 4% H₂O), охлаждают до 5°C и дозируют смесь 10 г пропиленгликоля-1,2 и 7,5 г 3,4-диметилфуроксана при температуре не выше 20°C. По окончании дозировки реакционную массу перемешивают 3-5 минут при 5-15°C и выливают в 100 мл воды со льдом. Органический слой отделяют, промывают водой, 2% раствором соды и снова водой. По окончании промывки продукт сушат смесью сухого сульфата магния и безводной соды и отфильтровывают. К профильтрованному продукту 24,1 г добавляют 0,15 г дифениламина и получают готовое к использованию монотопливо. По данным анализа, полученное топливо содержит 74,8% динитрата пропиленгликоля-1,2, 23,5% 3,4-диметилфуроксана и 1,7% стабилизатора. Т_зам ~ -60°C.

Количество исходного растворителя может варьироваться исходя из заданной концентрации компонентов.

Пример 2. Процесс проводят, как описано в примере 1, но в качестве флегматизатора используют 3,4-диметилфуразан.

Пример 3. Процесс проводят, как описано в примере 1, но в качестве флегматизатора используют 3,4,5-триметилизоксазол.

Пример 4. Процесс проводят, как описано в примере 1, но в качестве флегматизатора используют 3-метил-5-пропил-1,2,4-оксадиазол.

Пример 5. Процесс проводят, как описано в примере 1, но в качестве флегматизатора используют 3-этокси-4-метилфуроксан.

Пример 6. Процесс проводят, как описано в примере 1, но в качестве флегматизатора используют 3-пропокси-4-метилфуроксан.

Пример 7. Процесс проводят, как описано в примере 1, но в качестве флегматизатора используют 3-бутокси-4-метилфуроксан.

Пример 8. Процесс проводят, как описано в примере 1, но в качестве флегматизатора используют 3-амокси-4-метилфуроксан.

Пример 9. Процесс проводят, как описано в примере 1, но в качестве флегматизатора используют 3-изоамокси-4-метилфуроксан.

Пример 10. Процесс проводят, как описано в примере 1, но в качестве флегматизатора используют 3-циклогексилокси-4-метилфуроксан.

Пример 11. Процесс проводят, как описано в примере 1, но в качестве флегматизатора используют 3-(2′-метоксиэтокси)-4-метилфуроксан.

Пример 12. Процесс проводят, как описано в примере 1, но в качестве флегматизатора используют 3-(2′-этоксиэтокси)-4-метилфуроксан.

Пример 13. Процесс проводят, как описано в примере 1, но в качестве флегматизатора используют циклогексилнитрат.

Пример 14. Процесс проводят, как описано в примере 1-12, но в качестве флегматизатора используют его смесь с циклогексилнитратом.

Пример 15. Процесс проводят, как описано в примере 1-14, но в качестве спирта используют 1,3-бутиленгликоль.

Пример 16. Процесс проводят, как описано в примере 1-14, но в качестве полиспирта используют 1,4-бутиленгликоль.

Пример 17. Процесс проводят, как описано в примере 1-14, но в качестве полиспирта используют этиленгликоль.

Пример 18. Процесс проводят, как описано в примере 1-14, но в качестве полиспирта используют диэтиленгликоль.

1. Топливная композиция, содержащая нитрат полиспирта, флегматизатор и стабилизатор, отличающаяся тем, что она в качестве флегматизатора содержит гетероциклическое соединение, выбранное из группы пятичленных гетероциклических соединений: 3,4,5-триметилизоксазол, 3-метил-5-пропил-1,2,4-оксадиазол, 3,4-диметилфуразан, 3,4-диметилфуроксан, 3-этокси-4-метилфуроксан, 3-пропокси-4-метилфуроксан, 3-бутокси-4-метилфуроксан, 3-амокси-4-метилфуроксан, 3-изоамокси-4-метилфуроксан, 3-циклогексилокси-4-метилфуроксан, 3-(2′-метоксиэтокси)-4-метилфуроксан, 3-(2′-этоксиэтокси)-4-метилфуроксан или циклогексилнитрат при следующем соотношении компонентов, мас. %:

нитрат полиспирта	35-75
флегматизатор	20-65
стабилизатор	1-2

2. Топливная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что при гетероциклическом соединении, выбранном из группы: 3,4,5-триметилизоксазол, 3-метил-5-пропил-1,2,4-оксадиазол, 3,4-диметилфуразан, 3,4-диметилфуроксан, 3-этокси-4-метилфуроксан, 3-пропокси-4-метилфуроксан, 3-бутокси-4-метилфуроксан, 3-амокси-4-метилфуроксан, 3-изоамокси-4-метилфуроксан, 3-циклогексилокси-4-метилфуроксан, 3-(2′-метоксиэтокси)-4-метилфуроксан, 3-(2′-этоксиэтокси)-4-метилфуроксан, она дополнительно содержит циклогексилнитрат до 45%.

3. Способ получения топливной композиции смешением компонентов, отличающийся тем, что в качестве горючего используют раствор нитрата полиспирта во флегматизаторе, полученный при нитровании полиспирта.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве флегматизатора используют 3,4-диметилфуроксан.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве флегматизатора используют 3,4-диметилфуразан.

6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве флегматизатора используют 3,4,5-триметилизоксазол.

7. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве флегматизатора используют 3-метил-5-пропил-1,2,4-оксадиазол.

8. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве флегматизатора используют 3-этокси-4-метилфуроксан.

9. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве флегматизатора используют 3-пропокси-4-метилфуроксан.

10. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве флегматизатора используют 3-бутокси-4-метилфуроксан.

11. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве флегматизатора используют 3-амокси-4-метилфуроксан.

12. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве флегматизатора используют 3-изоамокси-4-метилфуроксан.

13. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве флегматизатора используют 3-циклогексилокси-4-метилфуроксан.

14. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве флегматизатора используют 3-(2′-метоксиэтокси)-4-метилфуроксан.

15. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве флегматизатора используют 3-(2′-этоксиэтокси)-4-метилфуроксан.

16. Способ по любому из пп. 3-15, отличающийся тем, что в качестве флегматизатора используют его смесь с циклогексилнитратом.

17. Способ по любому из пп. 3-15, отличающийся тем, что в качестве полиспирта используют 1,2-пропиленгликоль.

18. Способ по любому из пп. 3-15, отличающийся тем, что в качестве полиспирта используют 1,3-бутиленгликоль.

19. Способ по любому из пп. 3-15, отличающийся тем, что в качестве полиспирта используют 1,4-бутиленгликоль.

20. Способ по любому из пп. 3-15, отличающийся тем, что в качестве полиспирта используют диэтиленгликоль.

21. Способ по любому из пп. 3-15, отличающийся тем, что в качестве полиспирта используют этиленгликоль.