Badanie parametrów pożarowych i wybuchowych poeksploatacyjnych sorbentów substancji ropopochodnych oraz identyfikacja substancji niebezpiecznych powstających w wyniku ich spalania

Kierownik projektu: dr Agnieszka Gajek

Streszczenie projektu:

Celem projektu była ocena parametrów pożarowych i wybuchowych poeksploatacyjnych sorbentów substancji ropopochodnych oraz identyfikacja produktów ich spalania w kontekście przeciwdziałania poważnym awariom przemysłowym.

Badania przeprowadzono dla powszechnie stosowanych sorbentów substancji ropopochodnych: w pierwszym roku dla syntetycznych organicznych (sorbent poliuretanowy Nonaqua i włóknina polipropylenowa), w drugim roku dla naturalnych organicznych (Lignosorb – zmodyfikowana lignina w formie strużek traw i zbóż, Corksorb – kora drzewa korowego, Zugol – kora naturalna drzew mieszanych, Ecobark – naturalna kora i włókna drzewa sosnowego), a w trzecim roku dla mineralnych: Compact (skład: SiO₂ – ok. 74%, Al₂O₃ – ok. 11%, Fe₂O₃/FeO – ok. 7%, MgO – ok. 2%, CaO – ok. 1%), Duck (uszlachetniona naturalna skała wulkaniczna) oraz Imperial (sorbent kalcynowany).

Do wyznaczenia parametrów związanych z palnością, z szybkością wydzielania ciepła i dymu z próbek badanych materiałów poddawanych oddziaływaniu strumienia cieplnego wykonano pomiary za pomocą kalorymetru stożkowego. Czyste sorbenty mineralne okazały się niepalne.
W przypadku poeksploatacyjnych sorbentów natomiast zaobserwowano zapłon.

Projekt II.N.07. Wykres zależności szybkości wydzielania ciepła (HRR) w czasie dla poeksploatacyjnych sorbentów mineralnych

Sorbenty syntetyczne charakteryzowały się wysokimi wartościami palnymi, a także generowały bardzo dużą ilość dymów w trakcie pierwszych 4 minut pomiarów (parametr VOF4). W odniesieniu do sorbentów naturalnych organicznych, 2 spośród badanych sorbentów (Lignosorb i Zugol) charakteryzowały się podwójnym zapłonem. Pierwszy zapłon najprawdopodobniej powodowany był wydzielaniem lotnych dodatków chemicznych lub składników obecnych w sorbentach, i przebiegał dość gwałtownie. Ilość palnych produktów wytwarzana w trakcie pierwszych sekund rozkładu nie była wystarczająca do podtrzymania procesu spalania, w wyniku czego płomień wygasał. Ponowny zapłon materiału następował, gdy dochodziło do rozkładu materiału zasadniczego, czyli łyka/kory rośliny stanowiącej główny składnik sorbentu.

Projekt  II.N.07. Zmiana ciśnienia w funkcji czasu w trakcie wybuchu pyłu sorbentu Compact w 20-L komorze sferycznej przy stężeniu pyłu 500 g/m³

Równolegle prowadzona była identyfikacja substancji niebezpiecznych powstających w wyniku spalania poeksploatacyjnych naturalnych organicznych sorbentów substancji ropopochodnych. Sorbenty pochodzenia mineralnego są materiałami stabilnymi termicznie, które nie ulegają rozkładowi do temperatury 900°C. Dodatkowo podczas wygrzewania nie powodują emisji substancji chemicznych. Z kolei w przypadku, gdy zostaną nasączone substancjami ropopochodnymi, a następnie poddane działaniu wybranych warunków pożarowych, powodują emisję substancji ropopochodnych i produktów ich rozkładu, natomiast same nadal nie ulegają termicznej degradacji. Ilości emitowanych gazów i dymów są bezpośrednio związane z ilością zaadsorbowanych substancji ropopochodnych, czyli chłonnością (zdolnościami adsorpcyjnymi) badanych materiałów. Niezależnie od stosowanego sorbentu syntetycznego w mieszaninie powstających gazów i dymów obecne były znaczne ilości węglowodorów naftenowych, aromatycznych, w tym: wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych. W przypadku naturalnych sorbentów organicznych zaobserwowano, że wszystkie przebadane sorbenty z wyjątkiem produktu Ecobark ulegały całkowitemu termicznemu rozkładowi do temperatury ok. 600°C z wydzieleniem produktów gazowych. W mieszaninie gazów i dymów emitowanych podczas termicznego rozkładu i spalania wybranych sorbentów obecne były znaczne ilości tlenków węgla oraz substancji takich jak: kwas octowy, furfural, kreozyt, maltol, a także liczna grupa związków fenolowych.

 Dla zidentyfikowanych substancji niebezpiecznych powstających w trakcie spalania poeksploatacyjnych sorbentów opracowano również informacje dotyczące stref zagrożeń.

Trzecim obszarem prowadzonych prac było eksperymentalne wyznaczenie charakterystycznych parametrów wybuchowych pyłów. Żaden z przebadanych sorbentów mineralnych w trakcie badania nie wytworzył wystarczającej ilości ciepła i produktów gazowych, aby ciśnienie wewnątrz komory sferycznej przekroczyło wartość 1 bara. Parametr K_ST nie został zarejestrowany, co pozwoliło zaklasyfikować wszystkie z przebadanych sorbentów mineralnych do klasy wybuchowości ST0. Oznacza to, że zgodnie z normą sorbenty te nie mają właściwości wybuchowych.

Badania minimalnej energii zapłonu (MEZ) mieszanin pyłowo-powietrznych przeprowadzono zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 13821 i nie uzyskano zapłonu chmury pyłowo-powietrznej dla żadnego z badanych pyłów. Pyły sorbentów syntetycznych i organicznych zaliczone zostały do 1. klasy wybuchowości ST (pyły o słabej charakterystyce wybuchu).

W ramach prowadzonych prac przygotowano materiały informacyjne, w tym ulotkę dla społeczeństwa, informacje dla społeczeństwa i władz (do Internetu), zalecenia prewencji dla straży pożarnej, informacje dla inspekcji ochrony środowiska.

Wyniki projektu przedstawiono w 3 publikacjach w czasopismach o zasięgu krajowym i 1 publikacji przygotowanej do czasopisma o zasięgu międzynarodowym oraz zaprezentowano w referatach na 2 konferencjach międzynarodowych i 5 konferencjach i seminariach krajowych.

Jednostka: Pracownia Bezpieczeństwa Chemicznego

Okres realizacji: 01.01.2017 – 31.12.2019