CN111646541B - 一种海上石油清理并回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种海上石油清理并回收装置。包括机器人装置以及集中控制系统；机器人装置包括主体模块、浮力模块、动力驱动模块；主体模块内设有石油吸附传送带、辐射加热装置、冷凝装置、精炼装置、石油储存装置。辐射加热装置位于石油吸附传送带的正上方，用于对石油吸附传送带上的石油污染物进行加热处理。恒温箱对石油进行分馏处理，然后进行回收。本发明装置实现智能可自供能，且石油回收率高。

Description

一种海上石油清理并回收装置

技术领域

本发明属于石油污染清洁处理技术领域，涉及一种海上石油清理并回收装置。

背景技术

近年来，化石燃料是中国邻近的海域的主要污染物。海上化学燃料污染通常为石油泄露污染，主要发生在河流入海口、港湾及近海水域、海上运油线和海底油田周围。每年由于种种原因泄露进入中国海域的石油达到100万吨，甚至更多。石油污染的危害是多方面的。如在水面上形成油膜，能阻碍水体的复氧作用。油类粘附在鱼鳃上，可使鱼窒息；粘附在藻类、浮游生物上，可使他们死亡。油类会抑制水鸟产卵和孵化，破坏它们的羽毛的不浸水性能。石油污染还能使水产品品质劣化，并破坏海滨风景区和海滨浴场的旅游价值。海洋一旦受到石油污染，要经过数年之久，海区生物才能重新繁殖起来。现有的海上石油办法通常有：应用人工放置围油栏等海上漂浮装置把浮油包围起来，防止其进一步的扩散，并用船舶借助网进行回收，收集后仍然会剩余一部分无法回收的呈薄膜的石油或分散在水中的石油粒，通常会使用化学试剂或者微生物分解的方式进行处理。以上方法都需要花费大量的人力物力，并且效率较低，存在着局限性。同时泄露的石油都难以做到较高的回收再利用率，化学处理的方法一定程度上则会浪费大量的可用的化石燃料资源。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种智能可自供能的海上石油清理并回收装置。

一种海上石油清理并回收装置，其特征在于包括机器人装置以及集中控制系统；

所述机器人装置包括主体模块、浮力模块、动力驱动模块；

所述主体模块包括主体外壳以及设置在主体外壳内的石油吸附传送带、辐射加热装置、冷凝装置、精炼装置、石油储存装置。

所述主体外壳的其中一侧面开放；石油吸附传送带与海平面呈一定的夹角，石油吸附传送带较低一端位于主体外壳的开放侧面，利于海水流进；

所述石油吸附传送带的上表面的主要材质为表面涂覆有硅树脂涂层的钾锰氧化物纳米高吸油纸；

所述辐射加热装置位于石油吸附传送带的正上方，用于对石油吸附传送带上的石油污染物进行加热处理，辐射加热装置分为前段和后段，两段互相独立，沿石油吸附传送带轴向长度比为1:3。前段为靠近主体外壳进海水端。辐射加热装置前段包括温度传感器、温度控制模块及前段加热装置。其主要通过温度传感器检测目前水面上石油的温度，反馈至温度控制模块决定加热装置的功率。前段加热装置包括一个中高温辐射加热管以一定频率间歇性加热和一个低温辐射加热管进行保温。通常情况下，辐射加热装置前段的加热功率控制在可将主体开放处水面石油2秒内加热至50摄氏度，此时石油粘度小于1Pa·s(水的粘度)。该温度下的石油，流动性更强，可更加快速的与石油吸附传送带接触，有效提高石油的吸附效率。辐射加热装置后段同样包括温度传感器、温度控制模块及后段加热装置,并与辐射加热装置前段相同的方法对加热功率进行控制。后段加热装置包括多个高温辐射加热管进行持续加热。通常情况，辐射加热后段的加热功率控制在可快速将石油吸附传送带上的石油从50℃加热至500℃(石油沸点温度)，使石油及其衍生物气化；

所述的精炼装置包括恒温箱以及分流箱；恒温箱的进口与进气管的一端连接，进气管的另一端位于石油吸附传送带的上方，该进气管外周设置冷凝装置，使得进气管内石油及其衍生物蒸汽液化；恒温箱对石油进行分馏处理，使得汽油以气态形式存在，其余的石油衍生物则保持液态；恒温箱的气体出口与分流箱的气体进口连接，恒温箱的液体出口与分流箱的液体进口连接；

分流箱的液体出口通过导管与石油衍生物储存箱的进口连接；石油衍生物储存箱的液体出口通过导管与石油回收装置的进口连接；

分流箱的气体出口通过导管与汽油储存箱的进口连接；该导管外设有冷凝装置，使得进入汽油储存箱的汽油呈液态；

汽油储存箱的汽油供给内燃机。

作为优选，本发明装置还设有两个侧翼辅助回收传送带；两个侧翼辅助回收传送带与主体外壳活动连接，且活动连接于主体外壳的开放侧面的两端；装置作业时旋转至与主体外壳呈一定夹角，用于引导石油污染物流入石油吸附传送带。

作为优选，本发明装置还设有位于辐射加热板与石油吸附传送带之间的过滤装置，过滤装置包括多个过滤单元，每个过滤单元包括过滤网和磁铁，用于过滤石油污染物中的杂质并吸附石油中的金属；

作为优选，所述辐射加热装置为分段控温。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)回收石油的石油吸附传送带表面采用表面涂覆有硅树脂涂层的钾锰氧化物纳米高吸油纸，具有高机械强度，较高热稳定性和高油水选择性，硅树脂涂层使得纳米纸具有高疏水性，大大增加吸油效率，不需要进行油水分离；

2)辐射加热板装置可分段控温，软化石油的同时，蒸发传送带上的石油，使得吸油传送带可重复利用；

3)恒温室可进行石油的简易分馏为汽油和其余的石油衍生物，再经过分流箱进行分流，汽油经过冷凝后可通过内燃机进行发电和驱动螺旋桨，使得装置不需人为的充电或补给燃料，实现自给自足。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本发明装置主体模块的主体外壳内结构示意图；

图3为本发明装置作业时侧翼辅助回收传送带展开时结构示意图之一；

图4为本发明装置作业时侧翼辅助回收传送带展开时结构示意图之二。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的分析。

如图1-4所示，本发明海上石油清理并回收装置由机器人装置以及集中控制系统构成。

所述机器人装置包括主体模块1、浮力模块、动力驱动模块；

所述浮力模块位于主体模块的下方，包括浮板2-1、浮力调整装置；所述浮板采用固体浮力材料；浮力调整装置包括化学传感器、空气压缩泵、一体式气动压力舱、设置在一体式气动压力舱的压力传感器。空气压缩泵用于一体式气动压力舱的排气与增气，压力传感器获取一体式气动压力舱的气压数值。化学传感器的数据接收端与海水面接触，用于检测是否有石油污染物。

所述动力驱动模块位于浮力模块下方左右两侧，每一侧包括导向外壳3、以及位于导向外壳内的方向舵、电动机、内燃机，位于导向外壳后端的螺旋桨；导向外壳3的前端采用尖头设置，为减小行驶阻力。

主体模块1包括主体外壳以及设置在主体外壳内的石油吸附传送带1-1、辐射加热装置1-5、冷凝装置、精炼装置、石油储存装置。

所述的主体外壳的其中一侧面4开放；石油吸附传送带位于主体外壳内部最下方，与海平面呈一定的倾斜角(优选为10°)，石油吸附传送带较低一端位于主体外壳的开放侧面，利于海水流进；所述石油吸附传送带通过电动机驱动，以逆时针方向旋转；

石油吸附传送带的上表面的主要材质为上表面涂覆有硅树脂涂层的钾锰氧化物纳米高吸油纸；钾锰氧化物纳米高吸油纸具有高机械强度，较高热稳定性和高油水选择性硅树脂涂层使得纳米纸具有高疏水性。同时钾锰氧化物纳米高吸油纸可吸收自身重量20倍的化石燃料有机物(例如石油)。当吸油纸吸收完油分后，在高温环境下，加热至有机物的沸点后便可再次重复使用。

本发明主体模块还设有两个侧翼辅助回收传送带5；两个侧翼辅助回收传送带与主体外壳活动连接，且垂直活动连接于主体外壳的开放侧面的两端；侧翼辅助传送带不工作时则垂直于海面紧贴于主体外壳的两侧，工作时则通过电动机旋转至与主体外壳呈钝角，用于引导石油污染物流入石油吸附传送带。

所述可分段控温的辐射加热装置1-5位于石油吸附传送带的正上方(与石油吸附传送带平行)，用于对石油吸附传送带上的石油进行加热处理；可控制不同区段的温度，前部分将石油加热并软化，后部分则进一步加热使得钾锰氧化物纳米高吸油纸上的油分完全蒸发并被吸油泵(即压力泵)吸收。

辐射加热装置采用石英灯辐射加热的方式。石英灯以耐高温的石英玻璃为灯体材料制成，其内部惰性气体气压较高，工作时灯丝会产生很高温度，因此石英灯发光效率高，有效寿命也较长。在该部分的辐射加热板内排布满石英灯辐射管，通电后即可加热，工作时温度可达到1100℃。

本发明装置还设有位于辐射加热板与石油吸附传送带之间的过滤装置1-2，过滤装置包括多个过滤单元，每个过滤单元包括过滤网和磁铁，位于辐射加热板与石油吸附传送带之间，用于过滤石油污染物中的杂质并吸附石油中的金属；过滤单元与石油吸附传送带之间的间距不超过1mm，并连接固定在主体构造壳体上；

所述的精炼装置包括恒温箱1-3以及分流箱1-4；恒温箱的进口与进气管的一端连接，进气管的另一端位于石油吸附传送带的上方，该进气管外周设置冷凝装置，使得进气管内石油及其衍生物蒸汽液化；恒温箱通过压力泵(或吸油泵)将石油吸附传送带上的石油蒸汽经导管吸入；恒温箱的温度恒定在170℃，使得进气管传送的蒸汽中汽油以气态形式存在，其余的石油衍生物则保持液态(进行简易的分馏处理相对较轻的汽油蒸汽将以气态存在于恒温箱中，而其余的石油衍生物均已液态存在)；恒温箱的气体出口与分流箱的气体进口连接，恒温箱的液体出口与分流箱的液体进口连接；

分流箱的液体出口通过导管与石油衍生物储存箱的进口连接；石油衍生物储存箱的液体出口通过导管与石油回收装置的进口连接；

分流箱的气体出口通过导管与汽油储存箱的进口连接；该导管外设有冷凝装置，使得进入汽油储存箱的汽油呈液态；

汽油储存箱的汽油供给内燃机。

所述石油回收装置6位于主体壳体外侧，并连接固定在浮板上，内部设有多个轻质柔性，可膨胀，可替换更新的并加装了微型定位装置的可密封容器袋；可密封容器袋可脱离机器人装置，等待其它船只回收，使得原本作为污染物的石油或化学燃料污染物可再次作为资源而利用；

所述集中控制系统包括控制模块、通信模块(与中央控制系统进行通信)、定位模块(向中央控制系统发送污染地理坐标)、雷达模块(多个装置协同作业时可排成队列，增加清理效率)、电源模块；

所述电源模块包括光伏电板，位于主体模块的上方；电源模块为控制模块、通信模块、导航模块、定位模块、雷达模块、电动机、传感器供电。

光伏电板为电源充电，其中的

上述装置的实现方法具体如下：

步骤(1)、根据指令，控制系统控制内燃机驱动螺旋桨，装置启动；

步骤(2)、控制系统根据指令以及一体式气动压力舱内压力传感器传送的数据，控制系统控制空气压缩泵工作：

装置不作业时，空气压缩泵排空一体式气动压力舱内的气，使得吃水线低于浮板上沿，减小航行时的阻力，提高航行速度；

装置作业时，空气压缩泵增强一体式气动压力舱内的气，使得吃水线高于浮板并使得海水可以通过主体外壳的开放侧面端流入至石油吸附传送带；

步骤(3)、装置作业时，控制系统控制电动机驱动石油吸附传送带，海水进入主体外壳内，海水表层的石油污染物吸附在石油吸附传送带，辐射加热装置对石油吸附传送带进行两分段控温加热：前段和后段沿石油吸附传送带轴向方向距离占比3：1，前段(即石油吸附传送带较低端侧，)将石油吸附传送带上的石油污染物加热并软化(加热功率控制在可将水面石油加热至50℃)，后段(即石油吸附传送带较高端侧)石油污染物完全蒸发(加热功率控制在可将石油传送带上的石油加热至500℃)。同时每个过滤单元过滤石油吸附传送带上石油污染物中的杂质并吸附石油中的金属。

步骤(4)、恒温箱通过压力泵将石油蒸汽经导管吸入，该导管外周设有冷凝装置，使得导管内石油及其衍生物为液态；恒温箱将液态石油及其衍生物置于170℃下停留一段时间进行分馏处理，使得蒸汽中汽油以气态形式存在，其余的石油衍生物则保持液态；然后将上述气体、液体经分流箱输送到汽油储存箱、石油衍生物储存箱；汽油储存箱再将液化后的汽油输送到内燃机，石油衍生物储存箱将液化后的石油衍生物分别输送到石油回收装置。

多个本发明装置还可构成一个自组织网络，通过定位模块将其地理位置传输到中央控制系统或云服务器以进行中继。由中央控制系统进行分析后控制一个或多个其他装置前往监测到的污染区域进行协同作业，同时装置可以由集中控制系统或服务器控制，该集中控制系统或服务器可以将导航命令传输到装置控制系统。在这样的系统中，操作员还可以识别给定水域内的污染区域(例如，通过对卫星图像的分析)，然后向机器人发送命令，有效的提高了污染物的清理能力，减少污染物的扩散，提高污染物的清理效率。

上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种海上石油清理并回收装置，其特征在于包括机器人装置以及集中控制系统；

所述机器人装置包括主体模块、浮力模块、动力驱动模块；

所述主体模块包括主体外壳以及设置在主体外壳内的石油吸附传送带、辐射加热装置、精炼装置、石油储存装置；

所述主体外壳的其中一侧面开放；石油吸附传送带与海平面呈一定的夹角，石油吸附传送带较低一端位于主体外壳的开放侧面，利于海水流进；

所述石油吸附传送带的上表面的主要材质为表面涂覆有硅树脂涂层的钾锰氧化物纳米高吸油纸；

所述辐射加热装置位于石油吸附传送带的正上方，用于对石油吸附传送带上的石油污染物进行加热处理；辐射加热装置为分段控温，前后段沿石油吸附传送带轴向长度比为1:3；前段的加热温度为50℃，使得石油粘度小于1Pa·s；后段加热温度为500℃；

所述的精炼装置包括恒温箱以及分流箱；恒温箱的进口与进气管的一端连接，进气管的另一端位于石油吸附传送带的上方；石油蒸汽进气管上设有压力泵，恒温箱通过压力泵将石油吸附传送带上的石油蒸汽经导管吸入；恒温箱对石油进行分馏处理，使得汽油以气态形式存在，其余的石油衍生物则保持液态；恒温箱的气体出口与分流箱的气体进口连接，恒温箱的液体出口与分流箱的液体进口连接；

分流箱的液体出口通过导管与石油衍生物储存箱的进口连接；石油衍生物储存箱的液体出口通过导管与石油回收装置的进口连接；

分流箱的气体出口通过导管与汽油储存箱的进口连接；该导管外设有冷凝装置，使得进入汽油储存箱的汽油呈液态；

汽油储存箱的汽油供给内燃机。

2.如权利要求1所述的一种海上石油清理并回收装置，其特征在于还设有两个侧翼辅助回收传送带；两个侧翼辅助回收传送带与主体外壳活动连接，且活动连接于主体外壳的开放侧面的两端；装置作业时旋转至与主体外壳呈一定夹角，用于引导石油污染物流入石油吸附传送带。

3.如权利要求1所述的一种海上石油清理并回收装置，其特征在于还设有位于辐射加热板与石油吸附传送带之间的过滤装置，过滤装置包括多个过滤单元，用于过滤石油污染物中的杂质并吸附石油中的金属。

4.如权利要求3所述的一种海上石油清理并回收装置，其特征在于每个过滤单元包括过滤网和磁铁。

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