СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТА Советский патент 1996 года по МПК C01B21/02 C06B35/00 

Изобретение относится к неорганической химии азота, а именно к твердым составам для получения элементарного азота, используемого в спасательных средствах для приготовления дыхательных смесей, заполнения емкости инертным газом, выдавливания жидкостей из резервуаров.

Целью изобретения является обеспечения возможности использования азота при приготовлении дыхательной смеси за счет снижения скорости выделения азота и температуры при горении состава.

Выделение азота, например, из смеси 89% NaN₃ и 11% CoCl₂ происходит в результате экзотермической реакции

ΔH= -171 ккал/кг.
Состав горит со скоростью 2,5 4 мм/с и выделяет чистый азот в количестве 360 380 л/кг. Температура в зоне горения составляет 650 - 900^oC. Выбранное соотношение компонентов привело к снижению температуры по сравнению с прототипом на 100 350^oC и снижению скорости горения в шесть раз. При увеличении содержания азида натрия до свыше 89,5% смесь не горит, а при содержании азида натрия ниже 82% температура и скорость горения сильно возрастают, металлический натрий при этом кипит и превращается в тонкую, трудно отделяемую на фильтре пыль.

Пример 1. Навески 1,43 г азида натрия и 0,168 г хлорида кобальта с размером частиц менее 0,05 мм тщательно смешивают (состав смеси 89,5% NaN₃ и 10,5% CoCl₂). Из смеси прессуют таблетку диаметром 7 мм, высотой 20,6 мм и весом 1,46 г. Плотность образца 1,84 г/см³. Выделение азота инициируют соприкосновением таблетки с нагретой до красного каления нихромовой спиралью. Время горения таблетки 8,2 с. Линейная скорость горения составляет 2,5 мм/с, температура в зоне горения 650^oC. Выделившийся газ анализируют масс-спектрометрическим и хроматографическим методом. По результатам анализа газ содержит чистый азот. Примеси NO, NO₂, N₂O₃, N₂O отсутствуют. Содержание O₂ как примеси из воздуха составляет менее 0,1% Аналогичные результаты анализа газа получены во всех последующих примерах. Выход азота 380 л/кг.

Пример 2. Навеска 1,42 г азида натрия и 0,176 г безводного хлорида кобальта после смешения (состав смеси 89% NaN₃ и 11% CoCl₂) прессуют в таблетку диаметром 7 мм, высотой 17 мм, весом 1,24 г, плотность образца 1,90 г/см³. После инициирования реакции образец горит в течение 6 с. Линейная скорость горения составляет 2,8 мм/с, температура в зоне горения 670^oC. Выход азота 377 л/кг.

Пример 3. Навески 1,31 г азида натрия и 0,288 г хлорида кобальта смешивают (состав смеси 82% NaN₃ и 18% CoCl₂) и прессуют в таблетку диаметром 7 мм, высотой 21,2 мм, весом 1,64 г. Плотность образца 1,98 г/см³. Время горения таблетки после инициирования выделения азота составляет 5,3 с, что соответствует линейной скорости горения 4 мм/с. Температура в зоне горения 900^oC. Выход азота 360 л/кг.

Пример 4. Навеску 1,22 г азида натрия и 0,28 г хлорида кобальта смешивают (состав смеси 81% NaN₃ и 19% CoCl₂) и прессуют в таблетку диаметром 7 мм, высотой 19,6 мм, весом 1,5 г, плотность образца 1,99 г/см³. Время горения таблетки после инициирования выделения азота составляет 4,4 с, что соответствует скорости горения 4,5 мм/с. Температура в зоне горения 960^oC. Выход азота 352 л/кг.

Пример 5. Навески 1,15 г азида натрия и 0,32 г хлорида кобальта (состав смеси 79% NaN₃ и 21% CoCl₂) после смешения прессуют в таблетку диаметром 7 мм, высотой 21,2 мм, весом 1,64 г. Плотность образца 2,01 г/см³. После инициирования реакции образец горит в течение 3,4 с, что соответствует скорости горения 6,3 мм/с. Температура в зоне горения 1020^oC. Выход азота 321 л/кг.

Пример 6. Навески 1,13 г азида натрия и 0,38 г хлорида кобальта смешивают (состав 75% NaN₃ и 25% CoCl₂) и прессуют в таблетку диаметром 7 мм, высотой 20,3 мм, весом 1,58 г. Плотность образца 2,02 г/см³. Время горения таблетки после инициирования выделения азота составляет около 1 с, что соответствует скорости горения около 20 мм/с. Температура в зоне горения 1190^oC. Выход азота 295 л/кг.

Из приведенных примеров видно, что при концентрации CoCl₂ 19% скорость горения повышается незначительно, однако температура в зоне горения достигает температуры кипения натрия, что нежелательно из-за возможности загрязнения газа парами металлического натрия. Поэтому состав с концентрацией выше 18% CoCl₂ отнесен к запредельным. При увеличении концентрации CoCl₂ до 25% состав по температуре в зоне горения и скорости горения близок к прототипу.

Именно низкая скорость горения и низкая температура выделяемого азота определяют полезность предлагаемого решения. Кроме того, высокая температура повышает пожароопасность состава и снижает выход азота с единицы веса конструкции, так как для снижения температуры газа до нужного уровня необходимо использовать теплообменники или иные устройства для отвода тепла.

Состав для получения азота, содержащий азид натрия и хлорид кобальта (II), отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности использования азота при приготовлении дыхательной смеси за счет снижения скорости выделения и температуры при горении состава, последний содержит компоненты в следующих количествах, мас.%:
Хлорид кобальта (II) - 10,5 - 18,0
Азид натрия - Остальноеп

Состав для получения азота, содержащий азид натрия и хлорид кобальта (II), отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности использования азота при приготовлении дыхательной смеси за счет снижения скорости выделения и температуры при горении состава, последний содержит компоненты в следующих количествах, мас.

Хлорид кобальта (II) 10,5 18,0
Азид натрия Остальное