Способ получения антитурбулентной присадки для углеводородных ракетных топлив

Способ получения антитурбулентной присадки для углеводородных ракетных топлив

Реферат

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, а именно к способам получения антитурбулентных присадок на основе (со)полимеров высших альфа-олефинов, и может быть использовано в топливных магистралях жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Уровень техники

Известна улучшающая эксплуатационные энергетические характеристики машин жидкая присадка, углеводородная жидкость на основе нефтепродуктов, используемая в машинах, и жидкое углеводородное горючее (RU 2343187). Жидкая присадка представляет собой раствор высокомолекулярного полиизобутилена (ПИБ), имеющего молекулярную массу от 3,7·10⁶ до 4,9·10⁶, в используемом жидком ракетном топливе. Жидкое ракетное топливо для машин с гидравлическим трактами (топливными магистралями) с тепло- и/или энергонапряженными условиями эксплуатации содержит жидкую присадку в количестве, обеспечивающем энергетические характеристики этих машин (концентрация высокомолекулярного ПИБ в жидком ракетном топливе от 0,015 до 0,095 мас.%). Технический результат - улучшение эксплуатационных энергетических характеристик машин: коэффициента полезного действия ЖРД, напора насосов и т.д. Недостатком указанного аналога является большое содержание полимера (полиизобутилена в жидком ракетном топливе), что обуславливает большой расход присадки.

Известен способ работы кислородно-керосиновых (ЖРД) и ракетная двигательная установка (RU 2542623). Способ работы кислородно-керосиновых ЖРД и ракетная двигательная установка, основанный на введении в ЖРТ полимерной противотурбулентной (антитурбулентной) присадки, используемой в качестве агента, снижающего гидродинамические потери в топливной магистрали. В качестве антитурбулентной присадки используют раствор полиизобутилена (ПИБ) или раствор полимеров высших альфа-олефинов в жидком ракетном топливе с концентрацией 0,6…0,8% мас. Изобретение обеспечивает повышение массы полезной нагрузки, выводимой на околоземную орбиту.

В приведенных аналогах описаны способы введения антитурбулентных присадок в топливные магистрали ЖРД, в том числе на основе полимеров высших альфа-олефинов, но не описан способ получения подобных присадок.

Наиболее близким по технической сути является способ получения агента снижения гидродинамического сопротивления (антитурбулентной присадки) углеводородных жидкостей (RU 2 238 282) (со)полимеризацией высших альфа-олефинов в присутствии титаносодержащего катализатора и алюминийорганического сокатализатора. Способ включает в себя (со)полимеризацию высших альфа-олефинов на микросферическом трихлориде титана, предварительно обработанном высшим альфа-олефином С₆-С₁₆ в количестве 0,13…0,52 М олефина на 1,0 М TiCl₃ в присутствии алюминийорганического соединения в качестве сокатализатора. Предварительная (со)полимеризация вызывает измельчение частиц TiCl₃ до коллоидной степени дисперсности, а также некоторое увеличение вязкости среды. Применение обработанного таким образом катализатора освобождает от необходимости перемешивать реакционную массу, исключая фактор механодеструкции образующегося (со)полимера.

Недостатком указанного способа является невозможность получения партий (со)полимера с воспроизводимыми характеристиками, а также наличие примесей, образующихся из остатков каталитического комплекса, что недопустимо при использовании антитурбулентных присадок в топливных магистралях ЖРД.

Задачей настоящего изобретения является разработать способ получения высокоэффективной антитурбулентной присадки, пригодной для применения в топливных магистралях ЖРД, и снизить итоговое содержание (со)полимера в жидком ракетном топливе.

Поставленная задача решается тем, что способ получения антитурбулентной присадки для использования в топливных магистралях ЖРД включает, так же как в прототипе, (со)полимеризацию высших альфа-олефинов в присутствии титаносодержащего катализатора и алюминийорганического сокатализатора, где в качестве катализатора используют микросферический трихлорид титана, предварительно обработанный высшим альфа-олефином С₆-C₁₆ в количестве 0,13-0,52 М олефина на 1,0 М ТiС1₃. Новизна способа заключается в том, что в качестве добавки используют метилциклогексилдиметоксисилан в эквимолярном количестве к ТiС1_3, а полученный (со)полимер высшего альфа-олефина подвергают очистке от каталитической системы путем переосаждения из раствора до остаточного содержания элементов Ti, Al, Si и Cl не более 0,001 % мас., после чего к очищенному (со)полимеру добавляют жидкое ракетное топливо до достижения вязкости антитурбулентной присадки 27-35 сСт.

Способ обеспечивает получение высокой среднемассовой молекулярной массы (со)полимера 9,2⋅10⁶-9,8⋅10⁶, узкого молекулярно-массового распределения – 2.8-3.1. Полученный (со)полимер переосаждают, что обеспечивает допустимое остаточное содержание элементов Ti, Al, Si и Cl в количестве не более 0,001 % мас. К очищенному (со)полимеру добавляют жидкое ракетное топливо до достижения вязкости присадки 27-35 сСт, что обеспечивает содержание (со)полимера высшего альфа-олефина в присадке в интервале 0,6-0,8 % мас.

Пример 1

В одногорлую стеклянную колбу емкостью 250 см³ вносят 115 г смеси высших альфа-олефинов С₆-С₁₀, барботируют сухим аргоном в течение 15 мин, добавляют 1 см³ 1 M раствора диэтилалюминийхлорида в гептане, 0,00016 M трихлорида титана в виде обработанной альфа-олефином С₆-С₁₆ суспензии, после чего плотно закрывают реактор и устанавливают его на лабораторный шейкер. Через 2 часа шейкер останавливают и оставляют колбу в покое на 72 часа. Затем из колбы извлекают (со)полимер и растворяют в гептане до концентрации 4 % мас. и осаждают из раствора этиловым (изопропиловым) спиртом. После чего определяют молекулярную массу и молекулярно-массовое распределение с помощью гельпроникающей хроматографии, анализируют остаточное содержание элементов Ti, Al, Si и Сl на электронном сканирующем микроскопе Hitachi TM 1100 с рентгеноспектральным анализатором Swift ED-TM EDX, если их содержание превышает 0,001 % мас., то процедуру растворения и осаждения повторяют. Затем полимер высушивают и получают жидкую присадку концентрацией 0,6 % мас. и вязкостью 27 сСт посредством растворения измельченного (со)полимера в жидком ракетном топливе с собственной вязкостью 2,3-2,5 сСт на лабораторном шейкере без подогрева. После приготовления концентрацию полимера уточняют – отбирают 3 пробы и высушивают до постоянной массы, если ошибка не превышает 0,1 % то считают определенную концентрацию как среднюю по результатам трех измерений.

Среднемассовая молекулярная масса полученного (со)полимера высших альфа-олефинов составила 9,2⋅10⁶, молекулярно-массовое распределение – 2,8. Снижение гидродинамических потерь при течении жидкого ракетного топлива с вязкостью 2,3 сСт, содержащего полученный (со)полимер в количестве 2,5⋅10^-4 % мас., составило 34 %, снижение гидродинамических потерь при течении жидкого ракетного топлива, содержащего (со)полимер в количестве 1⋅10^-3 % мас., составило 36%. Вязкость присадки при концентрации полимера высших альфа-олефинов 0,6% составила 27 сСт при 20°С.

Пример 2

Синтез и очистку (со)полимера ведут аналогично примеру 1, затем растворяют полимер до концентрации 0,8% мас. После приготовления концентрацию полимера уточняют – отбирают три пробы и высушивают до постоянной массы, если ошибка не превышает 0,1% то считают определенную концентрацию как среднюю по результатам 3 измерений.

Среднемассовая молекулярная масса полученного полимера высших альфа-олефинов составила 9,8⋅10⁶, молекулярно-массовое распределение – 3,1. Снижение гидродинамических потерь при течении жидкого ракетного топлива с вязкостью 2,5 сСт, содержащего полученный (со)полимер в количестве 2,5⋅10^-4 % мас., составило 38 %, снижение гидродинамических потерь при течении жидкого ракетного топлива, содержащего (со)полимер в количестве 1⋅10^-3 % мас., составило 35%. Вязкость присадки при концентрации (со)полимера высшего альфа-олефина 0,8% составила 35 сСт при 20°С.

Использование заявленной присадки позволяет снизить итоговое содержание (со)полимера в жидком ракетном топливе с 0,015% мас. - 0,095 % мас до 2,5⋅10^-4 % мас. - 1⋅10^-3 % мас.

Источники информации

1. RU 2343187.

2. RU 2542623.

3. RU 2238282 (прототип).

Способ получения антитурбулентной присадки для углеводородных ракетных топлив (со)полимеризацией высших α-олефинов в присутствии микросферического трихлорида титана и алюминийорганического сокатализатора, отличающийся тем, что в качестве добавки используют метилциклогексилдиметоксисилан в эквимолярном количестве к ТiС1_3, а полученный (со)полимер высшего альфа-олефина подвергают очистке от каталитической системы путем переосаждения из раствора до остаточного содержания элементов Ti, Al, Si и Cl не более 0,001 % мас., после чего к очищенному (со)полимеру добавляют жидкое ракетное топливо до достижения вязкости антитурбулентной присадки 27-35 сСт.