CN108867592B - 一种用于海上除油的智能石油机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于海上除油的智能石油机械，具体地，所述智能石油机械包括石油清理机本体，本发明提供的智能石油机械可实现自动化、无间断作业，配备了太阳能蓄电池，可充分利用海上光照充足的特点降低能源消耗，充分利用环境资源；本发明提供的生物反应器可定期进行替换及调整，整合了物理除油及生物除油两种方式，除油效率高，对油层厚度无限制；本发明可替代传统的围油处理方式，实现通过光学传感器判断油污位置并移动至需油污所在地，节省人力物力。

Description

一种用于海上除油的智能石油机械
技术领域
本发明涉及石油机械领域，特别地涉及一种用于海上除油的智能石油机械。
背景技术
近些年海上漏油事故不断发生，不管是油轮失事，还是海上油田泄露，每一次重大溢油事故对海洋造成的污染后果都是难以估量的。原油泄露至海洋后，油膜覆盖在海面上，使海洋与大气的气体交换减弱，影响海洋植物的光合作用，对整个海洋生态环境形成破坏；同时，石油污染物会干扰生物的摄食、繁殖、生长、行为和生物的趋化性等能力。此外，石油本身还是致癌、致突变物质。
而当海上漏油事故这样的生态灾难发生后，对泄露石油的处理将成为棘手的麻烦，在大连漏油事故后的清污工作中，在缺乏基本防护设备的情况下，渔民们用桶打捞石油，这些技术含量较低的手段表现出非常有效的效果，但代价同样高昂，清污的渔民和工人缺乏基本防护设备，长时间暴露在挥发性有机化合物VOC和多环芳烃环境中，健康状况都受到不同程度的损害。
随着科技进步，物理、化学及生物降解法越来越多的用于处理漏油事故，上述方法各有优势，但实际操作中均存在不同程度的缺陷，例如物理围油法适用范围很广，但受天气因素的影响比较大，能见度过低以及其他不佳气象条件都会限制除油工作的顺利进行，并且也需要操作人员暴露于污染环境；化学分散剂本身有毒，会对海洋造成二次污染；直接投放微生物降解石油耗时长，且仅善于处理较薄的油层。
本发明提供一种用于海上除油的智能石油机械，整合了物理及生物除油法，除油效率高、环境友好并且可以对原油进行回收。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于海上除油的智能石油机械。
本发明是以如下技术方案实现的：
一种用于海上除油的智能石油机械，所述智能石油机械包括石油清理机本体。
进一步地，所述石油清理机本体自上至下分别设置有吸油模块、智能模块、驱动模块及回收罐。
进一步地，所述吸油模块顶部设置有太阳能蓄电池，中轴方向上设置有可替换式生物反应器，所述可替换式生物反应器四周分别均匀设置有八组吸油仓。
进一步地，任一所述的吸油仓内部均设置有一电动推杆，所述电动推杆末端连接有旋转电机，所述旋转电机驱动吸油棉进行回转运动，任一所述的吸油仓外壁设置有电动舱门，吸油仓通过吸油泵与可替换式生物反应器相连。
进一步地，所述可替换式生物反应器包括生物反应器本体、填料及填料上附着的微生物，可替换式生物反应器定期取出，对其内部微生物进行复壮及补充，可替换式生物反应器底部设置有阀门。
进一步地，所述智能模块内设置有智能控制系统、位置传感器及光学传感器。
进一步地，所述驱动模块内设置有左电动马达、左螺旋桨、右电动马达、右螺旋桨及左右各一过流孔，过流孔用于减小设备在水中运动的阻力，所述阀门底部有一管道连接至回收罐。
进一步地，所述智能石油机械的使用方法如下：将智能石油机械放置到石油污染海面上，初始状态下，吸油模块处于收起状态，进入工作状态后，智能控制系统开始发送指令，驱动八组吸油仓打开电动舱门，电动推杆将吸油棉推出吸油仓，在旋转电机的驱动下，吸油棉低速旋转，对海面上的泄露石油进行清理，同时，在位置传感器及光学传感器的反馈下，智能控制系统控制左电动马达和/或右电动马达，驱动左螺旋桨和/或右螺旋桨，带动智能石油机械向临近的污染海域移动，继续吸油工作，当吸油棉满负荷后，智能控制系统驱动电动推杆将吸油棉收回吸油仓，关闭吸油仓的电动舱门，在旋转电机的驱动下，吸油棉高速回转，吸油棉中的石油在离心力的作用下脱离吸油棉，回流到吸油仓底部，随后在吸油泵的驱动下进入可替换式生物反应器，脱油完毕后吸油棉再次推出，继续清理工作，泄漏石油则在可替换式生物反应器中被微生物进行降解，底部阀门受智能控制系统控制打开，产物流经管道至回收罐内存储。
本发明提供的智能石油机械可实现自动化、无间断作业，配备了太阳能蓄电池，可充分利用海上光照充足的特点降低能源消耗，充分利用环境资源；本发明提供的生物反应器可定期进行替换及调整，整合了物理除油及生物除油两种方式，除油效率高，对油层厚度无限制；本发明可替代传统的围油处理方式，实现通过光学传感器判断油污位置并移动至需油污所在地，节省人力物力。
附图说明
图1为本发明所述用于海上除油的智能石油机械的示意图，
图2为本发明所述智能石油机械吸油模块工作状态下的俯视图。
其中，1-吸油模块，2-智能模块，3-驱动模块，4-回收罐，11-太阳能蓄电池，12-可替换式生物反应器，13-吸油仓，14-电动推杆，15-旋转电机，16-吸油棉，17-吸油泵，18-阀门，21-位置传感器，22-光学传感器，31-左螺旋桨，32-左电动马达、33-右电动马达、34-右螺旋桨。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。
实施例1：
如图1所示，本发明提供的智能石油机械包括石油清理机本体，石油清理机本体自上至下分别设置有吸油模块1、智能模块2、驱动模块3及回收罐4。所述吸油模块1顶部设置有太阳能蓄电池11，中轴方向上设置有可替换式生物反应器12，所述可替换式生物反应器12四周分别均匀设置有八组吸油仓13，各个吸油仓13内部均设置有一电动推杆14，电动推杆14末端连接有旋转电机15，旋转电机15驱动吸油棉16进行回转运动，吸油仓13外壁设置有电动舱门，吸油仓13通过吸油泵17与可替换式生物反应器12相连，所述可替换式生物反应器12包括生物反应器本体、填料及附着在填料上的微生物，可替换式生物反应器定期取出，对其内部生物填料进行复壮及补充，可替换式生物反应器底部设置有阀门18，智能模块2内设置有智能控制系统、位置传感器21及光学传感器22，驱动模块3内设置有左螺旋桨31、左电动马达32、右电动马达33、右螺旋桨34及左右各一过流孔，过流孔用于减小设备在水中运动的阻力，阀门18底部有一管道连接至回收罐4。
实施例2：
如图1、图2所示，智能石油机械的工作流程如下：
首先将智能石油机械放置到石油污染海面上，初始状态下，吸油模块处于收起状态。进入工作状态后，智能控制系统开始发送指令，驱动八组吸油仓打开电动舱门，电动推杆将吸油棉推出吸油仓，在旋转电机的驱动下，吸油棉低速旋转，对海面上的泄露石油进行清理。
同时，在位置传感器及光学传感器的反馈下，智能控制系统控制左电动马达和/或右电动马达，驱动左螺旋桨和/或右螺旋桨，带动智能石油机械向临近的污染海域移动，继续吸油工作。
当吸油棉满负荷后，智能控制系统驱动电动推杆将吸油棉收回吸油仓，关闭吸油仓的电动舱门，在旋转电机的驱动下，吸油棉高速回转，吸油棉中的石油在离心力的作用下脱离吸油棉，回流到吸油仓底部，随后在吸油泵的驱动下进入可替换式生物反应器，脱油完毕后吸油棉再次推出，继续清理工作，泄漏石油则在可替换式生物反应器中被微生物进行降解，底部阀门受智能控制系统控制打开，产物流经管道至回收罐内存储。
所述可替换式生物反应器中设置有玫瑰单胞菌(Roseomonas mucosa)、简单节杆菌(Latin Name Arthrobacter simplex(Jensen)Lochhead)、红色海杆菌(Rhodomarinobactersp.nov)、黄单胞菌(Xanthomonas oryzae)、冰栖嗜冷杆菌(Psychrobacter glacincola)、泊库岛食烷菌(Alcanivorax borkumensis)、乙酸钙不动杆菌(Acinetobacter calcoaceticus)、粪球菌(Acineto bacter faecalis)、甲基弯曲菌(Methylosinus)、甲基单胞菌(Methylomonas)、甲基杆菌(Methylobacterium)、分支杆菌(Mycobacterium)、诺卡氏菌(Nocardia)、八迭球菌(Sarcina)、黄杆菌(Flavobacterium)的混合物，泊库岛食烷菌菌种干粉占比60％，其他菌种干粉等比例混合培养至对数期初期后放置入反应器中，上述菌种均购自CGMCC或ATCC，按指导方法复壮培养。
实施例3：制备环保型吸油棉
稻谷是我国第一大粮食品种，目前年产1.85亿吨左右，占全国粮食总产量的42％。世界上稻谷产量占粮食总产量的37％。米糠主要是由稻谷的种皮、种皮、外胚乳、糊粉层和胚加工制成的，因此在加工过程中会混进少量的稻壳和一定量的灰尘和微生物，所以只能用于饲料，无法最大程度发挥其经济效益。本发明提供的环保型吸油棉使用的原材料为稻谷加工过程中淘汰的稻谷米糠，具体步骤如下：
步骤一、磁性碳材料采用稻谷米糠作为碳硅原料，将100g灭菌的稻谷米糠搅碎至100目后与30g Fe(NO3)3一起置于50ml乙醇中，浸泡20分钟于65℃下干燥2小时，将干燥后的稻谷米糠与Fe(NO3)3放置于700℃氮气氛管式炉中碳化2小时，升温速率为5℃/min。获得的产物命名为磁性谷纤维碳材料(简称MRF材料)。将MRF用0.2mol/L羰基硫洗涤5分钟后，65℃条件下干燥2小时，获得预产物MRF-T。
步骤二，在MRF-T中加入氧化石墨烯溶液(GO)，氧化石墨烯溶液的制备方法如下：参考Hummers的方法，将天然石墨分散在硫酸中并用硝酸钠溶液溶解，然后向其中加入高锰酸钾，静置12小时后，将溶液与过氧化氢混合以除去高锰酸钾，置于离心机中使溶液解离并形成蒸馏水和氧化石墨烯，最后清洗氧化石墨烯，调节pH水平至6.5获得GO溶液。
步骤三、将50g MRF-T置于5％GO溶液中，于125℃反应2小时，反应过程中一直搅拌，放置于模具后，将反应温度降低至25℃并过夜，产物用双蒸水沉淀2小时，获得环保型吸油棉，环保型吸油棉的形状由模具决定，可根据具体使用场景定制。
实施例4：制备环保型吸油棉性能检测
采用豆油、润滑油、柴油、橄榄油等四种黏度不同的油品进行吸油效果测试，测试包括环保型吸油棉及另外三种市售吸油材料的吸油倍率，测试1(环保型吸油棉)、测试2(某市售品牌)、测试3(某市售品牌)、测试4(某市售品牌)，测试结果见表1。
表1吸油倍率(g/g)测试结果
油品 测试1 测试2 测试3 测试4
柴油 29.73 15.37 14.38 15.63
豆油 32.32 15.34 12.43 19.36
润滑油 36.42 29.49 13.93 26.38
橄榄油 41.03 19.75 10.58 17.47
实验结果表明，本发明提供的环保型吸油棉吸油倍率显著高于其他三种市售品牌，这是因为环保型吸油棉表面呈现凹凸不平的波纹状结构，这种结构增加了比表面积，更有利于油料的吸收的贮存，环保型吸油棉对水的接触角高达134℃，并且环保型吸油棉表面的水滴二直保持球形直至干燥，表明其疏水性极高，具有海绵般的二致性。
由于溢油事故发生季节不同，所以还需考察温度对覆膜-CVL吸油性能的影响，所用油品为柴油，结果详见表2。
表2温度对覆膜-CVL吸油性能的影响(g/g)
温度 1℃ 5℃ 10℃ 15℃ 20℃ 25℃
吸油倍率 28.86 27.41 30.15 29.13 28.34 31.67
由表2可知，温度对覆膜-CVL吸油效果有一定影响但影响不显著。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (2)

1.一种用于海上除油的智能石油机械，其特征在于，所述智能石油机械包括石油清理机本体，所述石油清理机本体自上至下分别设置有吸油模块、智能模块、驱动模块及回收罐，所述吸油模块顶部设置有太阳能蓄电池，中轴方向上设置有可替换式生物反应器，所述可替换式生物反应器包括生物反应器本体、填料及填料上附着的微生物，可替换式生物反应器底部设置有阀门，所述可替换式生物反应器四周分别均匀设置有八组吸油仓，所述吸油仓通过吸油泵与可替换式生物反应器相连，任一所述的吸油仓内部均设置有一电动推杆，所述电动推杆末端连接有旋转电机，所述旋转电机驱动吸油棉进行回转运动，吸油仓外壁设置有电动舱门；所述智能模块内设置有智能控制系统、位置传感器及光学传感器；所述驱动模块设置有左电动马达、左螺旋桨、右电动马达、右螺旋桨及左右各一过流孔，所述过流孔用于减小设备在水中运动的阻力，所述阀门底部有一管道连接至回收罐。
2.根据权利要求1所述智能石油机械，其特征在于，所述智能石油机械的使用方法如下：将智能石油机械放置到石油污染海面上，初始状态下，吸油模块处于收起状态，进入工作状态后，智能控制系统开始发送指令，驱动八组吸油仓打开电动舱门，电动推杆将吸油棉推出吸油仓，在旋转电机的驱动下，吸油棉低速旋转，对海面上的泄露石油进行清理，同时，在位置传感器及光学传感器的反馈下，智能控制系统控制左电动马达和/或右电动马达，驱动左螺旋桨和/或右螺旋桨，带动智能石油机械向临近的污染海域移动，继续吸油工作，当吸油棉满负荷后，智能控制系统驱动电动推杆将吸油棉收回吸油仓，关闭吸油仓的电动舱门，在旋转电机的驱动下，吸油棉高速回转，吸油棉中的石油在离心力的作用下脱离吸油棉，回流到吸油仓底部，随后在吸油泵的驱动下进入可替换式生物反应器，脱油完毕后吸油棉再次推出，继续清理工作，泄漏石油则在可替换式生物反应器中被微生物进行降解，底部阀门受智能控制系统控制打开，产物流经管道至回收罐内存储。
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