CN113372945B - 一种应用复合场力对废机油除杂脱水的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用复合场力对废机油除杂脱水的方法及其装置，通过将废机油分布进反应罐中，同时对废机油施加超声波声场作用和电场作用，废机油在反应罐内重力场力、电磁力和超声波力三种场力复合作用下，被破碎为细小油滴、水滴和机械杂质并分离到反应罐中不同位置；油滴上浮从反应罐上方排出，水滴聚积在罐底部从罐底部排出，机械杂质富积在电极板上可定期清理。本发明的方法和装置废机油除杂脱水效率高，除杂速度快，适应性好，结构简单，可灵活调整装置的工艺参数，不仅适用于废机油，也适用于不同种类、不同特点的成品油除杂脱水，使其达到较好的除杂脱水效果。

Description

一种应用复合场力对废机油除杂脱水的方法及其装置

技术领域

本发明属于废机油处理技术领域，特别涉及一种应用复合场力对废机油除杂脱水的方法及其装置。

背景技术

废机油一是指在使用过程中混入了水分、灰尘、其他杂油和机件磨损产生的金属粉末等杂质的机油。其二是指由于使用周期过长，机油逐渐变质，生成了有机酸、沥青等物质，不符合相关使用标准的机油。根据GB/T 7631.1-2008《润滑剂、工业用油和有关产品(L类)的分类》可分为：废内燃机油、废齿轮油、废液压油和废专用油四类。其主要组成是有机物烃类，如老化油、石蜡、沥青等；废机油中的杂质种类繁多。其一固体杂质，由于油品中的添加剂和空气中的氧气发生反应或因使用时间过长老化变质，而产生固体杂质。如悬浮的絮凝杂质、机械杂质等；其二含有一定量的水分，其主要来源是空气中的水分溶解于油品中，或是由于密封性能不佳，外界水汽进去设备中，溶于油品中。清洗设备，清洗零件的洗油同属于废机油，其中也含有大量水分。根据其存在形式可分为：

①悬浮水，又称为游离水，不溶于烃类液体，在液体中呈悬浮状态。

②乳化水，即水和油形成乳化液的水。通常是油包水(O/W型)，也有极少量的水包油(W/O型)，这类水分存在极其稳定，用简单的重力沉降方法无法去除。

③溶解水，即微量溶解在废机油中的水。

根据《国家危险废物名录(2021)》的规定，废机油属于危险废物，废物类别为HW08。如果废机油不脱除水分和固体杂质就随意处理，不仅会造成巨大的经济损失，而且产生会严重环境污染。

在卧式除杂反应罐中设置电极板，使得罐内极板间充满电场，可以很好的脱离废油中的水和机械杂质。根据电场施加特性不同，可分为交流(AC)电场、直流(DC)电场、交直流(AC/DC)电场和脉冲(Pulse)电场等。在电场的作用下，废机油中的水分会发生偶极聚结、电泳聚结和震荡聚结。偶极聚结是指在电场作用下废机油中的水分极化，液滴两端带着相反的电荷，因相邻水滴所带电荷不同导致水滴之间相互吸引，促使小液滴聚成大液滴。在重力的作用沉降至罐底；电泳聚结是指在电场作用下，液体中水分极化，带电的水分子向与自身极性相反的电机“游”去；同时在这过程中与其他液滴碰撞转变为大液滴。大液滴因重力大于电场吸引力，导致其沉降至罐底。震荡聚结效应主要在交变电场比较明显。它是指在交变电场中的水分子，因电场变化而震荡，油膜因此被拉扯而强度降低，使包裹其中的水分子脱离于其他水分子，聚合形成大液滴，并在重力作用下沉降至罐底。

超声波(ultrasound)是一种频率高于20kHz(赫兹)的声波。通常人类耳朵能听到声波频率为20Hz～20kHz。因此，将频率高于20kHz的声波称为“超声波”，其功率密度大于0.3W/cm²。由于其频率高，因而具有许多特点：①是能量集中，由于其波长比一般声波短，因而可以用来切削、焊接、钻孔等材料加工；②由于其频率高，波长短，衍射小，具有很好的定向性；③超声波和可闻声本质上是一致的，其共同点都是机械振动模式，通常以纵波的方式在介质内传播，是一种能量传播方式，其不同在于超声波的频率高，波长短。在一定距离内，沿直线传播具有良好的束射性和方向性。

当超声波在介质中传播时，由于超声波与介质的相互作用，会产生一系列的力学、热学和化学的超声波效应，使介质特性发生物理和化学变化。这类型的相互作用包括：机械作用、空化作用、热作用及化学作用。其中，质点的摩擦作用会导致能量被媒质吸收转化为热能。超声波在介质中的传播也会引起介质的质点的振动位移、速度、加速度及声压等相关力学作用。当一定强度的超声波作用液体介质(如：废机油)时，介质中会产生大量的空化气泡。在超声作用下这些气泡不断振动，当声压超过阈值时，空化气泡会出现剧烈的压缩、膨胀，然后瞬间崩裂，气泡崩裂的瞬间会伴有瞬时的高温和高压。这系列过程(压缩、膨胀、崩裂)被称为超声空化效应。研究表明，超声波对废机油的破解作用，主要基于超声空化效应。对于大功率超声波而言，当声强大于100W/cm²时，在短短的1～2个声周期内，即可完成瞬态空化。空气气泡内的气体或蒸汽因被压缩，而产生高于5000℃的高温和大于50MPa的瞬时高压。

超声波是以纵波的形式传播，其间包含负压与正压。当超声波在传播周期中的负压，大于空化阈压力时，油包水中空化核变大，成为稳态空化泡和瞬时空化泡。当超声强度较大，高强度的超声压力更有利于超声波克服水分张力，加速废机油中的絮状悬浮机械杂质沉降。超声强度通常以声强度(W/cm²)或声密度(W/cm³)表示。通常在超声波频率一定时，随着超声波强度的增加，超声空化效应增强，超声波破解絮状悬浮机械杂质和水分的速度也相应增加。实验观察到：当频率为20KHz，压力振幅为2×10⁵N/m²的超声波处理废机油时，其空化气泡的最大半径为：1.27×10^-4m。

虽然超声波对废机油有破解作用，但是超声波预处理装置结构的影响也不容忽视。超声的传播和空化效率的发生和预处理装置的结构密切相关，合理设计和安装预处理装置，可以提高废机油的除杂处理效率；同时，增强废机油中机械杂质和水分的分离效率，也是降低处理成本的有效途径之一。此外，预处理装置内部结构还与装置的工作方式密切相关，即超声处理的间歇式和连续式。

复合场是指特定空间区域内，同时存在着重力场、电场和磁场等三者或有其二或三者并存叠加的区域，物体在这个区域内，会受到多种场力带来的复合作用。本发明旨在研究重力场、电场和磁场复合作用下对废油的预处理复合工艺，以提高除杂脱水效果。

发明内容

针对上述现有技术存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种应用复合场力对废机油除杂脱水的方法及其装置，实现废机油除杂脱水效率高，速度快，适应性好，结构简单，可灵活调整装置的工艺参数，不仅适用于废机油，也适用于不同种类、不同特点的成品油除杂脱水，使其达到较好的除杂脱水效果。

本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：

一种应用复合场力对废机油除杂脱水的方法，包括以下步骤：

1)废机油从反应罐的下部进入反应罐，通过液体分布器分布；

2)对步骤1)分布的废机油同时施加超声波声场作用和电场作用；在超声波声场、电场和重力场的复合作用下，废机油被分离为油滴、水滴和机械杂质并分离到反应罐中不同位置，油滴上浮而水滴沉降聚积在罐底部，机械杂质富积在电极板上；

3)步骤2)被分离后的油从反应罐上方排出，水从罐底部排出，富积在电极板上的机械杂质可定期清理。

所述电场由水平悬挂在反应罐内的平板电极板产生，电源为交流电、直流电、交直流电或脉冲。

所述超声波频率范围在20kHz至40kHz，功率强度为0～900W；所述电场为交流电场，电场强度500～1800V/cm，电位梯度1.2～1.5KV/cm。

所述超声波频率32KHz，所述电场为交流电场，电场强度1000V/cm，电位梯度1.2KV/cm，电场频率1000HZ；在反应罐截面上超声功率15W/cm²的声强下，所述超声波声场和电场同时作用70s。

一种应用复合场力对废机油除杂脱水的装置，采用如上所述的一种应用复合场力对废机油除杂脱水的方法，包括反应罐、排水管、渗水孔、液体输入管、液体分布器、电极板、变频调压器、排油管和超声波产生管；

在所述反应罐的内底环绕布设所述排水管，所述排水管上分别开设多个渗水孔，所述排水管的管口通出反应罐外；

在所述排水管的上方安装所述液体分布器，所述液体分布器连接液体输入管一端，液体输入管另一端通出所述反应罐外；

在液体分布器的上方悬挂所述电极板；在所述反应罐顶部安装所述变频调压器，所述变频调压器电连接所述电极板；

在电极板的上方设有排油管，所述排油管上分别开设多个排油孔，所述排油管通出反应罐外；

在反应罐罐体外表面分别设置多个超声波产生管。

所述变频调压器连接高压连接波纹管，所述高压连接波纹管通过高压引入管连接所述电极板。

所述反应罐，采用卧式50m³标准储罐，制作加工按照GB150-2011《压力容器》执行；罐体应用保温材料进行保温，反应罐外壳体接地做绝缘处理，所述保温材料和绝缘处理方式按照GB150-2011《压力容器》执行。

所述排水管，管道间隔0.2m，渗水孔直径为10mm。

所述电极板，采用平板电极板，包括上极板和下极板，下级板通电，上极板接地；下级板距罐底0.5m～0.7m，上下两极板间距0.2m～0.3m；上极板分别开设多条缝隙，下极板分别开设多条缝隙和多个孔。

所述超声波产生管有60个，分布于反应罐外表面，可调节超声波频率范围在20kHz至40kHz之间。

本发明具有以下优点：

(1)本发明的方法和装置，对于不同物化性质的废机油，能高效的分离其中的水分与机械杂质。在一个反应罐内，便能同时满足废机油脱水及去除悬浮机械杂质的技术要求，除杂脱水效率高、速度快，适应性好，不仅适用于废机油，也适用于不同种类、不同特点的成品油除杂脱水，使其达到较好的除杂脱水效果。

(2)本发明的装置结构简单，可灵活调整装置的工艺参数，检修及日常维护方便。

(3)本发明的方法和装置，电场强度可以通过变频调压器进行调整，实现根据废机油处理量灵活调整电场强度。超声场强度由超声波产生管调整。不同的超声波产生管可以提供不同超声功率的场强，实现对废机油中液滴进行破碎细化，促使悬浮杂质体积变大，加快分离速度。

(4)本发明装置具有较高的可靠性，便于操作。

附图说明

图1是本发明一种应用复合场力对废机油除杂脱水的装置的结构示意图，其中的超声波产生管省略未画出。

图2是图1的左视图，其中画出超声波产生管。

图3是图1的俯视图，其中画出超声波产生管。

图4是图1中下极板的结构示意图。

图5是图1中上极板的结构示意图。

图中，1：液体分布器，2：排水管，3：液体输入管，4：绝缘悬挂极板，6：高压引入管，7：高压连接波纹管，8：自动变频调压器，9：排油管，9-1：排油孔，10：超声波产生管，11：反应罐，12：渗水孔；5-1：下极板，5-2：第一缝隙，5-3：圆孔，5-4：上极板，5-5：第二缝隙。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用于解释本发明，并不是对本发明权利要求保护范围的限制。

实施例1

如图1所示，一种应用复合场力对废机油除杂脱水的装置，包括：反应罐11、液体分布器1、排水管2、渗水孔12，液体输入管3、绝缘悬挂极板4、电极板、高压引入管6、高压连接波纹管7、自动变频调压器8、液体输出管9和超声波产生管10。

所述反应罐11，采用卧式50m³标准储罐，制作加工按照GB150-2011《压力容器》执行。罐体应用保温材料进行保温，罐体外壳体接地做绝缘处理，所述保温材料和绝缘处理方式按照GB150-2011《压力容器》执行。

在反应罐11的内底环绕布设排水管2，采用不锈钢管，排水管2管道间隔0.2m，排水管2上分别开设多个直径10mm的渗水孔12，便于分离出的水分排出；排水管2的管口通出所述反应罐11外并通过法兰连接肋板，肋板固定于反应罐11封头上。

在排水管2上方安装液体分布器1，液体分布器1连接液体输入管3一端，液体输入管3另一端通出所述反应罐11外。

在反应罐11的内顶两端分别竖直固定安装两块绝缘悬挂极板4，每场绝缘悬挂极板4一一对应连接电极板的两端，本实施例电极板采用平板电极板，通过连接绝缘悬挂极板4水平悬挂在液体分布器1上方。如图4和图5所示，电极板包含上极板5-4和下极板5-1，下极板5-1通电，上极板5-4接地。下级板5-1距罐底0.5m～0.7m，上下两极板间距0.2m～0.3m。上极板5-4由不锈钢板根据反应罐11罐体长度切割而成，材料和厚度均与反应罐11相同。上极板5-4每隔500mm距离切割一条宽10mm的第二缝隙5-5，便于分离出的油液面排出。下极板5-1也和上极板5-4一样分别开设多条同样规格的第一缝隙5-2，除了第一缝隙5-2，下极板5-1分别开设多个直径为10mm的圆孔5-3，两孔之间间隔300mm。下极板5-1采用缝隙和圆孔穿插布置，利于液体分布器1分散的液滴进入电场和磁场作用区。上极板5-4无圆孔只设缝隙，使油液面从第二缝隙5-5溢出，同时阻隔可能上浮的机械杂质。

在反应罐11顶部安装自动变频调压器8，自动变频调压器8连接高压连接波纹管7，高压连接波纹管7通过设在反应罐11顶部的高压引入管6连接电极板。自动变频调压器8接入电源，该电源能提供直流和交流相互切换，为罐内电极提供直流电场或交流电场；或者该电源为脉冲电源。

在上极板5-4的上方设有排油管9，排油管9上开设多个排油孔9-1，排油管9管口通出反应罐11外部。

如图2和图3所示，在反应罐11外沿罐体径向一周和轴向一周分别均匀布设60个超声波产生管10，每根超声波产生管10可调节超声波频率范围在20kHz至40kHz之间。

本发明装置的工作方法：

废机油经液体输入管3进入反应罐11，由液体分布器1喷散至电极板。废机油经液体分布器1喷散成不同大小直径的大液滴，在超声波产生管10的超声波空化作用下，破碎成细小液滴。在卧式除杂反应罐11中设置电极板，使得罐内极板间充满电场，可以很好的脱离废机油中的水和机械杂质。同时电极板产生的电场还提供重力沉降环境，喷散细化在电场中的废机油液滴，水滴和杂质由于性质不同于油，分别被分离至罐中不同位置：水滴沉降于罐底部，经渗水孔12进入排水管2，并经排水管2排出罐外；机械杂质吸附在电极板上；油液上浮至罐上部进入排油管9，经排油管9由泵抽出罐外。自动变频调压器8根据废机油处理量对工业高压用电进行变压，经高压连接波纹管7由高压引入管6引入罐内的电极板，为废机油液体杂质分离提供电场环境。

本实施例的卧式反应罐11容积为50M³，反应罐11可选择工艺参数范围为：超声频率20kHz～40kHz，超声功率在4～22W/cm²范围可调；电场为交流电场，电场强度500～1800V/cm可调，电位梯度1.2～1.5KV/cm。往反应罐11通入含水率为20％、脱水温度为60℃的废机油，反应罐11选择工艺参数如下：超声频率32KHz，电场强度1000V/cm，电位梯度1.2KV/cm，电场频率1000HZ。在反应罐11截面800mm×100000mm上，在超声功率15W/cm²的声强下，超声波和电场同时连续作用70s。作为对比，另设一个同样容积的卧式的对比反应罐，输入同样的废机油，在相同的交流电场作用下，单电场作用2分钟。实验结果：本实施例的反应罐11的杂质和水分的沉降率比对比反应罐沉降率提升了60％；本实施例的反应罐11的废机油脱除杂质后含水率不大于0.2％(m)，所含杂质率不大于1.0％(m)。

Claims (9)

1.一种应用复合场力对废机油除杂脱水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）废机油从反应罐的下部进入反应罐，通过液体分布器分布；

2）对步骤1）分布的废机油同时施加超声波声场作用和电场作用；在超声波声场、电场和重力场的复合作用下，废机油被分离为油滴、水滴和机械杂质并分离到反应罐中不同位置，油滴上浮而水滴沉降聚积在罐底部，机械杂质富积在电极板上；

所述电极板通过连接绝缘悬挂极板水平悬挂在液体分布器上方，电极板包含上极板和下极板，下极板通电，上极板接地，下级板距罐底0.5m～0.7m，上下两极板间距0.2m～0.3m，上极板分别开设多条缝隙，下极板分别开设多条缝隙和多个孔；

3）步骤2）被分离后的油从反应罐上方排出，水从罐底部排出，富积在电极板上的机械杂质可定期清理。

2.采用如权利要求1所述的一种应用复合场力对废机油除杂脱水的方法，其特征在于，所述电场由水平悬挂在反应罐内的平板电极板产生，电源为交流电、直流电、交直流电或脉冲。

3.采用如权利要求1所述的一种应用复合场力对废机油除杂脱水的方法，其特征在于，所述超声波频率范围在20kHz至40kHz，功率强度为0～900W；所述电场为交流电场，电场强度500～1800V/cm，电位梯度1.2～1.5KV/cm。

4.采用如权利要求1至3之一所述的一种应用复合场力对废机油除杂脱水的方法，其特征在于，所述超声波频率32KHz，所述电场为交流电场，电场强度1000V/cm，电位梯度1.2KV/cm，电场频率1000HZ；在反应罐截面上超声功率15W/cm²的声强下，所述超声波声场和电场同时作用70s。

5.一种应用复合场力对废机油除杂脱水的装置，采用如权利要求1至3之一所述的一种应用复合场力对废机油除杂脱水的方法，其特征在于，包括反应罐、排水管、渗水孔、液体输入管、液体分布器、电极板、变频调压器、排油管和超声波产生管；

在所述反应罐的内底环绕布设所述排水管，所述排水管上分别开设多个渗水孔，所述排水管的管口通出反应罐外；

在所述排水管的上方安装所述液体分布器，所述液体分布器连接液体输入管一端，液体输入管另一端通出所述反应罐外；

在液体分布器的上方悬挂所述电极板；在所述反应罐顶部安装所述变频调压器，所述变频调压器电连接所述电极板；

在电极板的上方设有排油管，所述排油管上分别开设多个排油孔，所述排油管通出反应罐外；

在反应罐罐体外表面分别设置多个超声波产生管。

6.如权利要求5所述的一种应用复合场力对废机油除杂脱水的装置，其特征在于，所述变频调压器连接高压连接波纹管，所述高压连接波纹管通过高压引入管连接所述电极板。

7.如权利要求5所述的一种应用复合场力对废机油除杂脱水的装置，其特征在于，所述反应罐，采用卧式50m³标准储罐，制作加工按照GB150-2011《压力容器》执行；罐体应用保温材料进行保温，反应罐外壳体接地做绝缘处理，所述保温材料和绝缘处理方式按照GB150-2011《压力容器》执行。

8.如权利要求5所述的一种应用复合场力对废机油除杂脱水的装置，其特征在于，所述排水管，管道间隔0.2m，渗水孔直径为10mm。

9.如权利要求5所述的一种应用复合场力对废机油除杂脱水的装置，其特征在于，所述超声波产生管有60个，分布于反应罐外表面，可调节超声波频率范围在20kHz至40kHz之间。

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