1,1-Диметилгидразин

Несимметричный диметилгидразин — химическое вещество, производное гидразина, компонент высококипящего ракетного топлива. В качестве окислителя в паре с НДМГ часто применяется тетраоксид диазота, чистый или в смеси с азотной кислотой, известны случаи применения чистой кислоты и жидкого кислорода. Для улучшения свойств может использоваться в смеси с гидразином, известной как аэрозин.

Основные сведения

НДМГ — бесцветная или слегка желтоватая прозрачная жидкость с резким неприятным запахом, характерным для аминов (запах испорченной рыбы, схож с запахом аммиака, очень похож на запах шпрот), летучее вещество, температура кипения +63 °C.

Температура кристаллизации −57 °C, плотность 790 кг/м³. Хорошо смешивается с водой, этанолом, большинством нефтепродуктов и многими органическими растворителями. Гигроскопичен, поглощает влагу из воздуха, что приводит к снижению удельной тяги двигателей (100 м/с на каждые 0,5 % воды в составе смеси).

Самовоспламеняется при контакте с окислителями на основе азотной кислоты и тетраоксида диазота, что упрощает конструкцию и обеспечивает лёгкий запуск и возможность многократного включения ракетных двигателей.

Взаимодействие НДМГ и его водных растворов с азотной кислотой протекает бурно. Воспламенение происходит до 50%-й концентрации водного раствора. Растворы меньшей концентрации реагируют с образованием соли азотной кислоты. НДМГ термически стабилен до +350 °C. В интервале +350…+1000 °C продуктами разложения являются аммиак, амины, синильная кислота, водород, азот, метан, этан, смолистые и другие вещества.

Используется в качестве топлива ракет с окислителем тетраоксидом диазота:

К преимуществам пары НДМГ+АТ относятся:

• превосходит пару кислород + керосин и пару кислород + водород по плотности (1170 кг/м³ против 1070 кг/м³ и 285 кг/м³ соответственно),
• самовоспламеняемость при контакте топливных компонентов,
• возможность длительного хранения ракет в заправленном виде при нормальных температурах.

К недостаткам НДМГ+АТ относятся:

• токсичность,
• канцерогенность,
• вероятность взрыва НДМГ в присутствии окислителя,
• меньший удельный импульс, чем у кислородно-керосиновой пары,
• НДМГ заметно дороже керосина, что существенно для больших ракет.

Прочие свойства:

• большая взрывоопасность по сравнению с кислородно-керосиновой парой, но меньшая по сравнению с парой водород + кислород.

Применение

НДМГ применялся и применяется в жидкостных реактивных двигателях

• американских ракет «Дельта», «Тор-Аджена», «Титан» и космического корабля «Аполлон»;
• советских, российских и украинских ракет-носителей «Протон», «Космос», «Циклон» , «Днепр» и МБР «Р-16 (SS-7)», «Р-36 (SS-9)», «УР-100 (SS-11)», «МР УР-100 (SS-17)», «Р-36М (SS-18)», «УР-100Н (SS-19)» ;
• китайских ракет семейства «Чанчжэн»;
• французских ракет семейства «Ариан», РН «Вега»;
• индийских ракет семейства «GSLV», РН «PSLV»;
• пилотируемых («Союз») и грузовых («Прогресс») космических кораблей;
• спутников, орбитальных («Мир», «МКС») и межпланетных станций.

История создания

В 1949 году ГИПХом было получено авторское свидетельство на несимметричный диметилгидразин как эффективное пусковое ракетное топливо, обладающее рядом уникальных свойств по сравнению с горючим ТГ-02, в пять раз меньшим периодом задержки самовоспламенения, меньшей зависимостью от температуры и повышенной энергетической эффективностью (удельный импульс с АК на 10 единиц выше, чем у ТГ-02).

Пожароопасные свойства

Легковоспламеняющаяся жидкость. Температура вспышки −15 °C; температура самовоспламенения 249 °C; концентрационные пределы распространения пламени 2—95 % об.

Средства тушения: распылённая вода, воздушно-механическая пена, порошки.

Токсичность

НДМГ — высокотоксичное и летучее вещество. Например, его канцерогенные свойства используются в исследованиях для получения у крыс колоректальной карциномы. Гептил обладает сильным токсическим и мутагенным действием. Действие на организм человека: раздражение слизистых оболочек глаз, дыхательных путей и лёгких; сильное возбуждение центральной нервной системы; расстройство желудочно-кишечного тракта (тошнота, рвота), в больших концентрациях может наступить потеря сознания.

Получение в промышленности

НДМГ получают из диметиламина, являющегося крупнотоннажным продуктом органического синтеза, в две стадии через N-нитрозодиметиламин:

N-нитрозодиметиламин тоже является высокотоксичным и канцерогенным веществом.

Хранение

Гидразинные горючие отличаются низкой химической стабильностью в контакте с атмосферой, однако практически не вызывают коррозии конструкционных материалов в паровой и жидкой фазах. Для хранения НДМГ используют резервуары из низкоуглеродистых сталей, установленные наземно или заглублённо. Так же, как и тетраоксид диазота, НДМГ хранят под давлением азота в насыщенном состоянии.

На воздухе НДМГ взаимодействует с кислородом, при этом образуются 1,1,4,4-тетраметилтетразен, аммиак, диазометан, полиметилены, смолистые вещества основного характера. Наиболее опасные продукты таких реакций — канцерогены и мутагены (СН₃)₂NNО и СН₂N₂.

Транспортирование

Транспортирование НДМГ осуществляют в основном железнодорожным и автотранспортом. Авиационные и водные перевозки в России крайне редки.

Гидразинные горючие транспортируют в железнодорожных и автомобильных цистернах вместимостью 40—60 м³, изготовленных из малоуглеродистых сталей. Для исключения контакта горючего с атмосферой в железнодорожных и автомобильных цистернах поддерживается избыточное давление азота 100—150 кПа.

Переработка и нейтрализация

Нейтрализация проливов возможна посредством абсорбции шунгитом.

НДМГ можно нейтрализовать путём каталитического гидрирования с образованием (CН₃)₂NН и NН₃. Загрязнённые им воды можно очищать каталитическим окисленим перекисью водорода.

Накопленные в военных целях запасы 1,1-диметилгидразина можно использовать в качестве сырья для получения полиуретанов, ПАВ, ингибиторов коррозии, биологически активных веществ, химфармпрепаратов, удобрений с микроэлементами.