CN111573778A - 一种电磁加热滚筒式水面高粘度浮油回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁加热滚筒式水面高粘度浮油回收装置，其安装在载具船上，用于水面浮油回收，包括水油分离网膜筒、电磁感应加热线圈、感应电路、转动轴、支撑杆、驱动机构、集油箱、刮油板，水油分离网膜筒在水面上方转动，其外表面下端粘附浮油，转动到上端加热的同时进行水油分离，刮油板将分离进内表面的油传递至集油箱内。所述的水油分离网膜筒，不仅在清理水面浮油的同时进行水油分离，还防止热量从浮油向水面扩散，从而加速油的升温，极大地提高水面浮油的回收通量，尤其对于重油和原油等高粘度浮油。本发明设计新颖，自动化程度高，提升了高粘度浮油的回收效率，能快速处理水面油污染和泄漏。

Description

一种电磁加热滚筒式水面高粘度浮油回收装置

技术领域

本发明涉及水面浮油的清理和回收的装置领域，具体是针对水面原油或重油泄漏产生的高粘度浮油进行感应加热回收的装置。

背景技术

水面溢油会造成了许多严重的环境问题，近年来已经成为一个重要的全球议题。根据维基百科统计，在2010年至2019年间，世界各地发生了约73起严重的溢油事故，每年有超4亿加仑的原油泄漏到海水中。而更多的石油泄漏事件每天都发生在世界的各个角落，主要是由于偶发性的事故，包括轮船油仓泄漏、钻井平台损毁、运油管道破裂、战争或自然事件。泄漏的油不但造成巨大的能源资源损失，还对海洋动物造成重大威胁，甚至对沿海环境和生态系统造成极大破坏。然而，目前人类对于大规模海面溢油的处理技术还不够成熟，2010年发生在墨西哥湾的溢油事故，清理耗费八年时间才基本完成，在实际的处理过程中主要方法是化学分散剂、生物细菌降解、就地焚烧、机械撇油器等，它们存在着诸如二次污染、清理的速度低、无法高效回收等众多问题。

近年来兴起的仿生技术为大规模海面溢油带来了新的技术和思路，通过表面微米和纳米结构的设计加之低表面处理，材料即具有亲油、疏水的特性，在多孔基底表面修饰上这样的材料从而使水无法浸润，而由于毛细力作用，其对油层的有极强的吸附能力。例如，英国《自然》(Nature，2004年36期7013页)报道了的水黾虫利用足部纳米结构从而浮在水面快速移动，德国《先进材料》(Advanced Materials，2002年14期1857页)报道了一种模仿荷叶表面结构的人工超疏水纳米材料。超疏水亲油材料在海绵和网膜上的应用，成为近年来科研领域的热点，然而材料的进步与实际应用还有一定的差距。简单地将经过修饰的海绵置于海面上，不但因为海面体积有限无法持续回收浮油，而且对于高粘度浮油，由于其流动性差，通过毛细作用力难以被海绵所吸收。此外，通过海绵对水面浮油吸附也存在着孔道易于堵塞，难以承受大的外力，环境适用差，循环性能低等缺点。

世界上多数(70％)原油属于高粘度油，而重油更是海上航行船舶所使用的基本燃料，因此开发一种可以快速清理溢油，并利用超疏水亲油材料等先进纳米技术，从而在水面高效回收高粘度浮油是极其必要的。

发明内容

发明目的：针对常用的水面溢油处理技术会造成二次污染、清理的速度低、无法高效回收等问题，尤其是高粘度浮油的难以有效回收，本发明提供一种可对水面浮油进行快速高效地清理并回收的电磁加热滚筒式水面高粘度浮油回收装置，其利用非接触式感应加热降低浮油粘度，提高油的流动性，结合滚筒的设计，实现了对水面上粘稠浮油高效持续的回收。本发明可对浮油持续清理，分离和回收时具有大通量的优势，且设计新颖，结构简捷，自动化程度高，有效提升了高粘度浮油的回收和分离效率，能快速处理水面油污染和泄漏。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种电磁加热滚筒式水面高粘度浮油回收装置，其安装在载具船上，用于水面浮油回收，包括水油分离网膜筒、电磁感应加热线圈、感应电路、转动轴、支撑杆、驱动机构、集油箱、刮油板，所述驱动机构固定安装在载具船上，所述转动轴通过支撑杆与驱动机构相连接，且所述驱动机构通过支撑杆内部的转轴与转动轴传动连接，所述转动轴位于水油分离网膜筒内部，且所述转动轴的两头与水油分离网膜筒两头相互连接固定，从而使得转动轴带动水油分离网膜筒进行同轴转动；集油箱位于水油分离网膜筒的内部，且所述集油箱通过滑环安装在转动轴上，保证集油箱在重力作用下沿垂直于水平方向悬挂，所述集油箱的开口朝上；所述刮油板位于水油分离网膜筒的内部，上部贴于水油分离网膜筒的内表面，下部固定在集油箱的内部，所述的水油分离网膜筒上端内表面的油被所述的刮油板收集并流向所述的集油箱中；所述感应电路固定在载具船上，电磁感应加热线圈直接连接并固定在感应电路上，且所述电磁感应加热线圈位于水油分离网膜筒上方，与所述的水油分离网膜筒保持一定的距离，并对所述的水油分离网膜筒的上端进行非接触式加热，热量传递到所述的水油分离网膜上粘附的浮油，从而降低水油分离过程中浮油的粘度。所述的水油分离网膜筒上粘附上浮油，当水油分离网膜上的浮油转动到所述感应加热线圈下方时，在重力的作用下浮油透过所述的水油分离网膜，进行水油分离过程。

水油分离网膜筒通过转动轴、支撑杆连结驱动机构，在设定的速度下进行转动；所述驱动机构可进行无级转速调节，优选的为步进电机系统，根据水面风速，滚筒水平移动速度等因素设定转速。优选的，驱动机构提供的转速为2-30转/分钟。

优选的：所述集油箱为一端水平开口的类圆柱柱形，处于转动轴下方。集油箱通过滑环连接在转动轴上，在转动轴转动时保持不转动；所述的集油箱上部吊在滑环上，处于转动轴下方。所述的集油箱材质为密度较低的材质如铝合金、亚克力等，降低转动轴与滑环的摩擦。

优选的：除了上方以外集油箱各个方向的边缘与所述的水油分离网膜筒的内表面距离1-5cm，以保证储存油尽可能大的容量。

优选的：所述水油分离网膜筒表面为疏水亲油材质，所述的水油分离网膜筒的外表面的下端接触水面用于粘附浮油，同时所述的水油分离网膜筒上端悬空进行水油分离。水油分离网膜筒由铁、钴、镍、锰及其合金等磁性材料构成；所述水油分离网膜筒由单层或多层水油分离网膜卷成，所述水油分离网膜筒为圆柱、四棱柱空心柱状筒，筒两头由水油分离网膜、转动轴、支撑杆共同密封。

优选的：所述水油分离网膜筒孔大小为0.1-500微米，适用于不同种类的油相和水的分离。

优选的：所述水油分离网膜筒下端浸入水中的深度为0.5-5厘米。

优选的：所述水油分离网膜筒表面为纳米氧化硅和含氟聚合物，以达到超疏水亲油的效果。所述水油分离网膜筒水接触角大于160°，滚动角小于10°，油的接触角小于30°。

优选的：所述刮油板包括本体和上端部，本体由疏油的软硅胶包覆在金属板上制成，上端部由疏油的软硅胶材料制成，防止损伤所述的水油分离网膜的疏水亲油层，并且能使刮在板上的油在重力作用下迅速滑入集油箱内，避免油的堆积。

优选的：感应线圈作为热源置于水油分离网膜筒的上方进行非接触式加热，感应电路等模块固定在支撑杆上水面载具上；所述的感应加热装置功率可根据所需加热速度和目标温度进行调节。所述电磁感应加热线圈加热温度为80-100摄氏度。所述的高粘度浮油粘度高于200mPa·s；所述的水油分离网膜筒可实现对任意粘度和任意厚度浮油的收集。

本发明相比现有技术，具有以下有益效果：

本发明的电磁感应加热线圈可对水油分离网膜筒进行非接触式加热，热量传递到筒上粘附的浮油，从而在水油分离过程中降低浮油的粘度，使浮油分离和回收的速度极大提高，解决了高粘度浮油难以回收的难题。置于水油分离网膜筒内部的集油箱直接收集分离后的油，避免使用抽油泵等额外设备。水油分离网膜筒将浮油与水面分开后加热，不仅在收集浮油的同时进行进一步水油分离，而且防止热量从油层向水面扩散，从而大幅加速浮油的升温，极大提高水面浮油的回收通量，尤其是重油和原油等高粘度浮油。本发明设计新颖，结构简捷，自动化程度高，有效提升了高粘度浮油的回收和分离效率，能快速处理水面油污染和泄漏。

附图说明

图1为本发明实施例中所示装置的结构水平剖视图。

图2为本发明实施例中所示装置的结构俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种电磁加热滚筒式水面高粘度浮油回收装置，如图1、图2所示，其中图1中近端的水油分离网膜筒的钢丝网被隐去，从而更方便展现水油分离网膜筒内部的结构，本装置安装在载具船9上，用于水面浮油回收，包括水油分离网膜筒1、电磁感应加热线圈2、感应电路3、转动轴4、支撑杆5、驱动机构6、集油箱7、刮油板8，水油分离网膜筒1圆面直径60cm，长度为150cm，所述水油分离网膜筒1由铁、钴、镍、锰及其合金等磁性材料构成；所述水油分离网膜筒1由单层或多层水油分离网膜卷成，表面为疏水亲油材质，所述水油分离网膜筒1为圆柱、四棱柱空心柱状筒。所述水油分离网膜筒1孔大小为0.1-500微米。所述水油分离网膜筒1下端浸入水中的深度为0.5-5厘米。所述水油分离网膜筒1表面为纳米氧化硅和含氟聚合物。所述水油分离网膜筒1水接触角大于160°，滚动角小于10°，油的接触角小于30°。电磁感应加热线圈2大小为145cm*30cm，4圈.

所述刮油板8包括本体和上端部，本体由疏油的软硅胶包覆在金属板上制成，上端部由疏油的软硅胶材料制成。

所述驱动机构6固定安装在载具船9上，所述转动轴4通过支撑杆5与驱动机构6相连接，且所述驱动机构6通过支撑杆5内部的转轴与转动轴4传动连接，所述转动轴4位于水油分离网膜筒1内部，且所述转动轴4的两头与水油分离网膜筒1两头相互连接固定，从而使得转动轴4带动水油分离网膜筒1进行同轴转动；集油箱7位于水油分离网膜筒1的内部，且所述集油箱7通过滑环安装在转动轴4上，保证集油箱7在重力作用下沿垂直于水平方向悬挂，不随转动轴的转动或整个装置的倾斜而改变，所述集油箱7的开口朝上，从而保证其接油和储油的功能；所述刮油板8位于水油分离网膜筒1的内部，上部贴于水油分离网膜筒1的内表面，下部固定在集油箱7的内部，保证分离的油被收集并流向集油箱中；所述集油箱7为一端水平开口的类圆柱柱形，处于转动轴下方。所述集油箱7除了上方以外各个方向的边缘与所述的水油分离网膜筒1的内表面距离1-5cm，以保证储存油尽可能大的容量。装置一次储油的最大量为集油箱7的体积，满载后可通过转动轴4端部拆除取出，更换后以便继续进行工作。所述感应电路3固定在载具船9上，电磁感应加热线圈2直接连接并固定在感应电路3上，且所述电磁感应加热线圈2位于水油分离网膜筒1上方。

工作原理：驱动机构6启动，驱动机构6通过支撑杆5内部的转轴向转动轴4传动，转动轴4转动进而带动水油分离网膜筒1转动。同时感应电路3根据水油分离网膜筒1转动，启动电磁感应加热线圈2。水油分离网膜筒1在驱动机构6的驱动下进行转动，其表面为疏水亲油材质，外表面的下端接触水面用于粘附浮油，当接触到水面上的浮油后，水油分离网膜筒1转动使得外表面的下端粘附的油水混合物转动到感应加热线圈2的下方，电磁感应加热线圈2位于水油分离网膜筒1的上方，与所述的水油分离网膜筒1保持一定的距离，并对所述的水油分离网膜1的上端进行非接触式加热，热量传递到所述的水油分离网膜1上粘附的浮油和水的混合物，从而降低浮油的粘度，同时在重力的驱动下浮油和水的混合物透过水油分离网膜筒1上的水油分离网膜，进行水油分离过程，浮油透过水油分离网膜进入水油分离网膜筒1内部，而水则被疏水的水油分离网膜挡在水油分离网膜筒1外部，并随着水油分离网膜筒1的转动回到水面。透过水油分离网膜筒1进入内部的浮油，随着水油分离网膜筒1的转动接触到刮油板8，并因为相对运动被刮油板8刮下流入集油箱7中，此过程中清理水面浮油和油水的分离同时进行，感应加热降低浮油粘度，实现高效的浮油清理和回收。

本发明电磁感应加热线圈2悬于水油分离网膜筒上方对其非接触式加热，热量传递到筒上粘附的油，降低油的粘度，提高了分离效率。所述的水油分离网膜筒，不仅在清理水面浮油的同时进行水油分离，还防止热量从浮油向水面扩散，从而加速油的升温，极大地提高水面浮油的回收通量，尤其对于重油和原油等高粘度浮油。本发明设计新颖，自动化程度高，提升了高粘度浮油的回收效率，能快速处理水面油污染和泄漏。本发明提供的一种电磁加热滚筒式的水面高粘度浮油回收装置，结合感应加热下的可反转界面的设计，可实现对海面泄漏的大规模粘稠石油的高效，高通量，全自动和持续的清理回收，可在恶劣环境下工作，没有二次污染的问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电磁加热滚筒式水面高粘度浮油回收装置，其安装在载具船(9)上，用于水面浮油回收，其特征在于：包括水油分离网膜筒(1)、电磁感应加热线圈(2)、感应电路(3)、转动轴(4)、支撑杆(5)、驱动机构(6)、集油箱(7)、刮油板(8)，所述驱动机构(6)固定安装在载具船(9)上，所述转动轴(4)通过支撑杆(5)与驱动机构(6)相连接，且所述驱动机构(6)通过支撑杆(5)内部的转轴与转动轴(4)传动连接，所述转动轴(4)位于水油分离网膜筒(1)内部，且所述转动轴(4)的两头与水油分离网膜筒(1)两头相互连接固定，从而使得转动轴(4)带动水油分离网膜筒(1)进行同轴转动；集油箱(7)位于水油分离网膜筒(1)的内部，且所述集油箱(7)通过滑环安装在转动轴(4)上，保证集油箱(7)在重力作用下沿垂直于水平方向悬挂，所述集油箱(7)的开口朝上；所述刮油板(8)位于水油分离网膜筒(1)的内部，上部贴于水油分离网膜筒(1)的内表面，下部固定在集油箱(7)的内部；所述感应电路(3)固定在载具船(9)上，电磁感应加热线圈(2)直接连接并固定在感应电路(3)上，且所述电磁感应加热线圈(2)位于水油分离网膜筒(1)上方。

2.根据权利要求1所述电磁加热滚筒式水面高粘度浮油回收装置，其特征在于：所述集油箱(7)为一端水平开口的类圆柱柱形，处于转动轴(4)下方。

3.根据权利要求2所述电磁加热滚筒式水面高粘度浮油回收装置，其特征在于：所述集油箱(7)除了上方以外各个方向的边缘与所述的水油分离网膜筒(1)的内表面距离1-5cm。

4.根据权利要求3所述电磁加热滚筒式水面高粘度浮油回收装置，其特征在于：所述水油分离网膜筒(1)由铁、钴、镍、锰及其合金的磁性材料构成；所述水油分离网膜筒(1)由单层或多层水油分离网膜卷成，表面为疏水亲油材质，所述水油分离网膜筒(1)为圆柱、四棱柱的空心柱状筒。

5.根据权利要求4所述电磁加热滚筒式水面高粘度浮油回收装置，其特征在于：所述水油分离网膜筒(1)孔大小为0.1-500微米。

6.根据权利要求5所述电磁加热滚筒式水面高粘度浮油回收装置，其特征在于：所述水油分离网膜筒(1)下端浸入水中的深度为0.5-5厘米。

7.根据权利要求6所述电磁加热滚筒式水面高粘度浮油回收装置，其特征在于：所述水油分离网膜筒(1)表面为纳米氧化硅和含氟聚合物。

8.根据权利要求7所述电磁加热滚筒式水面高粘度浮油回收装置，其特征在于：所述水油分离网膜筒(1)水接触角大于160°，滚动角小于10°，油的接触角小于30°。

9.根据权利要求8所述电磁加热滚筒式水面高粘度浮油回收装置，其特征在于：所述刮油板(8)包括本体和上端部，本体由疏油的软硅胶包覆在金属板上制成，上端部由疏油的软硅胶材料制成。

10.根据权利要求9所述电磁加热滚筒式水面高粘度浮油回收装置，其特征在于：所述电磁感应加热线圈(2)加热温度为80-100摄氏度。

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