×
Поля, помеченные * обязательны для заполнения.

Телефон*
ФИО*
Тема
Cогласен на обработку моих персональных данных*

home
+7 (499) 648-14-25
Заказать звонок

материалы для производства
мягкой мебели

материалы для производства
матрасов

материалы для швейного
производства

материалы для
шумоизоляции и автопрома

материалы для
теплоизоляции домов

фильтры и сорбирующие
материалы
Опубликовано: 20.02.2018

Изучение эксплуатационных характеристик синтетического сорбирующего материала для локализации и ликвидации нефтяных загрязнений

Процессы добычи, транспортировки и переработки нефти и нефтепродуктов связаны с рисками аварийных разливов и утечек. Для локализации и ликвидации таких разливов используют различные методы, выбор которых зависит от географии, климата района загрязнения, масштаба разлива и доступности технических средств и необходимых материалов. Наибольшее распространение для локализации разливов на водные поверхности имеют боновые заграждения. В статье исследованы эксплуатационнотехнические характеристики нового нетканого синтетического бонового материала Sosystem®, проведены испытания упаковочных боновых тканей. Рассмотрены способы утилизации синтетического сорбирующего материала с учетом требований экологической безопасности.

Загрязнение объектов окружающей среды нефтью и нефтепродуктами обусловлено в основном отклонением от регламентов при выполнении различных операций на нефтегазовых промыслах, объектах транспорта и переработки нефтяных углеводородов. Согласно Стокеру и Сигеру [1], наибольший процент загрязнения природных вод нефтью и нефтепродуктами принадлежит морским перевозкам и транспорту в целом [2].

Однако независимо от генезиса и характера аварийного разлива нефти и нефтепродуктов меры по его ликвидации в первую очередь должны обеспечить локализацию пятен с целью предотвращения распространения дальнейшего загрязнения и уменьшения площади загрязнения. Основными способами локализации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов являются физикохимические (использование диспергентов, сорбентов, искусственное потопление нефти), биологические, термические (выжигание) и механические методы. Наибольшее распространение для локализации разливов нефти в силу своей эффективности, универсальности и простоты эксплуатации нашли боновые заграждения [3].

Выбор материалов для бонов определяется типом заграждений: постоянной плавучести, самонадувные, надувные, огораживающие, специальные, к которым относят огнестойкие, боны для ледовых условий, сорбирующие боны [4]. Сорбирующие боны представляют собой нефтепропускающие рукава, наполненные сорбентом [5], снабженные поплавками, юбками и другими техническими приспособлениями. Нефте и маслоемкость, плавучесть, время удержания сорбированных углеводородов — важнейшие характеристики сорбентов для боновых заграждений. Кроме того, важна экологическая безопасность технологии производства, процесса эксплуатации и метода утилизации сорбирующего материала.

Обзор современного рынка сорбирующих боновых материалов показал, что они могут иметь природную, минеральную и синтетическую основу, быть рассыпчатыми, волокнистыми, обладать способностью к биоразложению и биодеградации сорбированных углеводородов. В табл. 1 представлены основные характеристики распространенных сорбирующих боновых материалов, информация о которых доступна на официальных сайтах компаний-производителей и дистрибьюторов.

Анализ наиболее распространенных марок сорбентов, используемых для наполнения бонов, показал, что широкое распространение получили синтетические полипропиленовые материалы, характеризующиеся гидрофобностью, большей износостойкостью, возможностью многократной регенерации, способностью сохранять эксплуатационные свойства в широком температурном диапазоне в течение длительного времени.

Данные табл. 1 свидетельствуют, что основным предлагаемым методом утилизации является сжигание нефтенаполненного или прошедшего отжим, центрифугирование материала. Такой подход обусловлен сложностью транспортировки, передачи загрязненного бона для его утилизации из районов интенсивной нефтегазодобычи, обычно удаленных от населенных пунктов и промышленных центров.


Табл. 1. Характеристики боновых сорбирующих материалов на российском рынке

Наименование

Материал

Нефте-
емкость, кг/кг

Плавучесть
насыщенного
сорбента

Метод утилизации

Синтетические материалы

Гидрофобные сорбирую-
щие боны ОВР10, 15, 20,
сорбент ППмв [6]

Полипропиленовое
микроволокно

8–10

+

Сжигание, захоронение,
передача использованных
бонов специальным
учреждениям

Сорбирующие боны
«Эконад» [7]

Полипропиленовое волокно

9–16

н/д*

н/д

Боны сорбирующие БС,
сорбент «Уремикс» [8]

Полиэфирный материал

35

н/д

Сжигание

Боны сорбирующие сетча-
тые (БСС), сорбент ППмв,
ППив [9]

Полипропиленовое
микроволокно

12,7–16,5**

+

Сжигание

Боны сорбирующие,
сорбент Мегасорб [10]

Полимерный многокомпонент-
ный термоскрепленный
нетканый материал

35–40

+

Сжигание

Природные и минеральные материалы

Боны сорбирующие,

сорбент «Ньюсорб» [11]

Сфагновый торф

4,6–9

+

Сжигание

Боны сорбирующие БС,

сорбент «Унисорб» [12]

Основа – вспененный особым

способом карбамид (мочевина)

30–67

+

Сжигание, биодеградация

Боны сорбирующие сет-
чатые (БСС), дисперсный
сорбент Лессорб-Экстра [9]

Сфагновый мох
светло-бурого цвета

7–10

+

Сжигание, использование

нейтрализованного
материала в качестве

строительного материала

Боны сорбирующие
сетчатые (БСС), древесное
микроволокно ЭВ [9]

Древесное микроволокно

7,5**

н/д

Сжигание

Боны сорбирующие,
сорбент С-ВЕРАД [13]

Природный минерал с модифи-

цированной покрытой углерод-
ной пленкой поверхностью,
с внедренными нефтеокисляю-
щими бактериями

2–8

+

Выжигание, биодеградация

Сорбирующие боны,
сорбент СТРГ [14]

Порошкообразный 

терморасщепленный графит

50

+

 
Сжигание в котельных установках
 после разжижения смеси
 необходимым количеством
дизельного топлива

* н/д – нет данных.
** Нефтеемкость материала в изделии.

Так, целью исследования стало определение эксплуатационнотехнических характеристик, эффективности нового бонового сорбирующего материала Sosystem® в сравнении с имеющим мировое распространение материалом компании Meltblown Technologies. Изучаемый боновый материал Sosystem® является нетканым синтетическим волокном. Данное исследование является актуальным также в связи с реализацией программы импортозамещения в отраслях промышленности России.

Одной из важнейших характеристик боновых материалов является сорбционная емкость по нефти, нефтепродуктам и маслам. Для определения величин нефтеемкости и маслоемкости, согласно ТУ 2411094223803–95, образцы ма териалов были помещены в сетку и погружены в слой нефтепродуктов/масла на 10 мин, после подъема сетки с материалами в течение 1 мин нефтепродукты/масло стекали, после чего производилось взвешивание. Расчет нефте и маслоемкости проводился относительно массы материалов. Установлено, что нефтеемкость по нефтепродуктам плотностью 0,89 г/см3 у сорбента Meltblown составила 9,15 г/г, Sosystem® — 13,99 г/г. Маслоемкость материалов при этом составила 8,94 и 14,75 г/г, соответственно.

Другим эксплуатационнотехническим показателем является плавучесть материала, характеризующая его способность удерживаться на поверхности воды полностью или частично, что необходимо для предотвращения возможности проскока нефтяной пленки через боны. Плавучесть, в соответствии с ТУ 2411094223803–95, оценивалась в ходе 12, 24, 36, 48 и 92часовых серий экспериментов для сухих образцов и образцов, наполненных нефтепродуктами.

Плавучесть материалов составляет 100% для Sosystem® и 98% для образцов Meltblown (более низкий показатель плавучести связан с неполным извлечением материала из воды, однако оставшиеся дисперсные частицы обладали нулевой плавучестью и не седиментировали). Образцы материала Meltblown в течение всех серий находились ниже мениска воды, но не погружались на дно емкостей. Образцы Sosystem® оставались на поверхности воды до конца каждой серии эксперимента.

Испытание на плавучесть наполненных нефтепродуктами материалов показало, что оба материала оказываются не полностью погруженными в воду и сохраняют 100% плавучесть до конца экспериментов. Также выявлено, что время удержания нефтепродуктов материалом Sosystem® превышает данный показатель для материала Meltblown. Обратная миграция нефтепродуктов, сорбированных материалом Meltblown, происходила уже после 12 ч наблюдений. Для материала Sosystem® отсутствие десорбции наблюдалось в период, превышающий сроки лабораторных испытаний (96 ч).

Вертикальная капиллярность, обуславливающая эффективность работы всей высоты бона, согласно ГОСТ 29104–91, определялась по высоте подъема 0,5% раствора бихромата калия (стандарт) в колонке, неплотно наполненной сорбирующими материалами и погруженной одним из концов в стакан с раствором. Боновый материал Meltblown обладает более высокими капиллярными свойствами (высота подъема столба жидкости составила 210 мм), чем Sosystem® (45 мм). Очевидно, это объясняется большей гидрофобностью и нерегулярной объемноволокнистой структурой Sosystem®, расстояния между волокнами которого велики для преодоления гравитационных сил силами капиллярными.

Для использования сорбентов в бонах применяют упаковочные ткани формирующие бон, свойства которых также важны для эффективной локализации нефтяного разлива. Сравнение свойств двух упаковочных синтетических тканей для бонов (ρ = 30 г/м2 и ρ = 40 г/м2) проводился по таким характеристикам, как нефтеемкость, горизонтальная капиллярность и проницаемость для нефтепродуктов.

В результате сравнительных исследований было определено, что нефтеемкость ткани более низкой плотности составляет 8,66 г/г против 7,24 г/г для ткани более высокой плотности. Показатель горизонтальной капиллярности ткани ρ = 30 г/м2 также превосходит показатель ткани ρ = 40 г/м2: площади растекания 2 мл нефтепродуктов составили 54x45 мм и 35x38 мм, соответственно.

Проницаемость тканей, коррелирующая с величинами горизонтальной капиллярности и нефтеемкости, изучали наблюдением за проникновением нефтепродуктов через натянутую в горизонтальной плоскости ткань. Выявлено, что проницаемость более плотной ткани выше, чем у ткани более низкой плотности, которая удержала весь объем нефтепродуктов. Это связано с тем, что более плотная ткань в меньшей степени сорбирует нефтепродукты и характеризуется меньшей капиллярностью, более гладкой поверхностью и низкой ворсистостью.

Несмотря на то, что величина нефтеемкости такой ткани ниже на 1,42 г/г, данная характеристика не может в полной мере определять выбор упаковочной ткани. Таким образом, выбор упаковочной ткани должен определяться ее целевым назначением – поддержанием формы и устойчивого пространственного положения бонов. В таком случае наиболее оптимальным вариантом представляется ткань более высокой плотности, так как она обеспечивает большую проницаемость нефтяных углеводородов к материалу бон.

Результаты опытного сравнения образцов боновых материалов приведено в табл. 2.


Табл. 2. Результаты испытаний боновых материалов Sosystem® и Meltblown

Показатель

Meltblown

Sosystem®

Метод испытания

Нефтеемкость (нефтепродукты, 0,89 г/см3), кг/кг

9,15

13,99

ТУ 241-10942238-03–95

Маслоемкость (масло, 0,89 г/см3), кг/кг

8,94

14,75

ТУ 241-10942238-03–95

Капиллярность, мм

210

45

ГОСТ 29104–91

Плавучесть, %

98*

100

ТУ 241-10942238-03–95

Плавучесть наполненного материала, %

100

100

ТУ 241-10942238-03–95

* Низкий показатель плавучести связан с неполным извлечением материала из воды,
однако оставшиеся частицы не по-грузились на дно, а были диспергированы в объеме воды.

В соответствии с результатами испытаний Sosystem® может быть рекомендован для использования в качестве сорбента нефти, нефтепродуктов и масел при сборе углеводородов с водной поверхности и в качестве бонового материала для локализации разливов, утечек нефти, нефтепродуктов, масел.

Экологичностью и целесообразностью использования синтетических материалов для ликвидации и локализации разливов и утечек нефтяных углеводородов является безопасность процессов последующей утилизации отработанного бона, прошедшего многократные циклы регенерации. Привлекательность использования синтетических боновых материалов заключается в возможности их многократной регенерации путем отжима, центрифугирования с отделением углеводородного сырья / продукта и простотой их утилизации.

Одними из самых распространенных методов утилизации отработанного бонового материала являются высокотемпературное сжигание и пиролиз материала в контролируемых условиях, включающих мониторинг отходящих газов с целью предупреждения неполноты сгорания [15].

Принятие мер по контролю возможного загрязнения продуктами сгорания органического материала потенциально увеличивает стоимость технологии утилизации, тем не менее, относительно высокая теплота сгорания полипропилена, из которого изготовлен боновый материал, делает метод термического разложения приемлемым с эколого-экономической точки зрения.

Также следует рассмотреть перспективу получения вторичного полипропиленогового сырья путем термической обработки с последующим экструдированием, литьевым или ротационным формованием, вспениванием. Возможно создание «замкнутого» (с учетом ресурса переработки материала до наступления его структурной деструкции) цикла производства бонового материала, включающего переработку отходов отработанных бонов и получение вторичного полипропиленого сырья. Данный способ предполагает предварительную обработку отработанного бонового материала для удаления остатков нефтепродуктов (после механического отделения сорбированных углеводородов), масел путем экстракции или отмывки с помощью ПАВ. Использование реагентов потенциально связано с увеличением затрат на технологию утилизации и опасностью вторичного загрязнения объектов окружающей среды.

Таким образом, оба подхода к утилизации отработанных боновых материалов характеризуются достоинствами и недостатками, выбор оптимального способа утилизации должен осуществляться после проведения дополнительных лабораторных исследований и экологоэкономической оценки эффективности внедрения технологии.

Авторы статьи: О. А. Куликова, Е. А. Мазлова (РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина)

Авторы выражают благодарность Е. В. Котову, В. А. Зеленскому и компании «Фабрика нетканых материалов «Весь Мир» за предоставление материалов Sosystem® и Meltblown для проведения лабораторных исследований.



« Вернуться


×
You must allocate a form to this category to use this plugin




Адрес центрального офиса: 142111, г. Подольск, Нефтебазовский проезд, дом 3
Телефон: +7 (499) 648-14-25
E-mail: info@wesmir.com

Адрес представительства в г.Москве: 119017, г. Москва, Пыжевский пер., д.5, стр.1, офис 505-4
Телефон: +7 (495) 924-55-66

Copyright © 2018 Использование текстов только с письменного разрешения правообладателя.
Rambler's Top100