一种基于纳米石墨烯材料的燃油过滤分离器的制作方法

本发明涉及油水分离领域，具体是指一种基于纳米石墨烯材料的燃油过滤分离器。

背景技术：

许多动力设备对燃油品质要求严格，当加油站油罐混入水分、船舶燃油舱需要油水代换以及其它原因导致燃油污染的情况下，需要对燃油进行净化，过滤和分离燃油中水分和杂质。如何实现高效、连续、自动、紧凑、可靠的燃油净化是油水分离领域面临主要难题。

国内外关于油水分离的方法很多，主要有重力分离法、离心分离法、气浮法、聚结法、过滤法、吸附法、电场法、膜分离法等，近年来，基于材料特殊浸润性过滤法、聚结破乳法等油水分离方法得到了广泛关注。

在专利技术方面，其主要背景技术如下：

中国专利号为201710127690.0的发明专利，专利名称为大通量高稳态用于油水分离的超亲水三维多孔基材。该三维多孔基材以原位掺杂法制备的微纳米级亲水性材料基海绵为支架，以加入防腐剂的亲水性水凝胶对其进行功能化修饰，并以亲水的黑水泥增强亲水性凝胶的附着力及海绵强度。该发明基于三维多孔海绵基材亲水性实现过水、阻油，从而实现油水分离。

中国专利号为201610837558.4的发明专利，专利名称为一种可用于油水分离的亲水性网布或织物的制备方法。该方法先将预处理的网布或织物进行碱辅助粗糙处理，在通过浸渍、浸轧、喷涂或其它方式实现亲水性功能纳米处理的pva水凝胶对粗化的网布或织物进行功能化修饰，经干燥处理后的交联的pva水凝胶固化包覆于网布或织物网格丝骨架及表面上，形成具有亲水疏油性的可用于油水分离的网布或织物。

在相关论文方面，其主要背景技术如下：

大连理工大学的秦福涛在《超疏水分离膜的制备与油水分离应用研究》论文中介绍了一种在不锈钢网基底上制备聚四氟乙烯(ptfe)-聚苯硫醚(pps)的复合涂层网膜的方法。该网膜具有微纳米结构，表面具有超疏水性和超亲油性。采用ptfe-pps复合涂层网膜制造了6级简易油水分离装置，含油率16.9wt％的油水混合液经多次分离，最终混合液含油率为20mg/l。

东华大学的渠少波《超浸润表面的制备及其在油水分离中》的论文介绍了一种超浸润织物表面制备方法，采用将3-巯基丙基-三甲氧基硅烷为前驱体制备的sio2溶液，通过浸渍的方法处理得到棉织物表面，接着通过氨气引发的聚合反应的方法，在棉织物表面生长出sio2颗粒，最后借助点化学的方法，将甲基丙稀酸十三氟辛脂接枝到棉织物表面，对棉织物表面进行改性，降低表面能，制备出超疏水特性的棉织物。采用该织物进行油水分离，分离效率可达98％，循环次数10次以上。

清华大学的许亮鑫在《特殊浸润性海绵的制备及油水分离应用研究》论文中从海绵材料如何实现破乳的问题出发，制备了一系列浸润性的海绵，如超亲水性、疏水性、两憎性的聚氨酯海绵，并对这些海绵的微观形貌、浸润性和油水分离性能进行系统研究。通过发展吸收式破乳方法，实现海绵对水包油型乳液的破乳，并考察了海绵的表面浸润性对破乳的影响。

北京化工大学的华广胜在《喷气燃料过滤聚结脱水关键技术的研究》论文中对某型进口聚结滤芯的破乳层材料进行全面测试分析，并在此基础上进行国产化破乳材料研制和聚结滤芯的试制，聚结滤芯脱水测试试验表明：当汽轮机油中含水率不超过2000ppm，经过15min脱水，净化后的油品含水率分别为450ppm、360ppm、350ppm、390ppm(四舍五入至10ppm级)。

中国科学院化学所高智芳等在《聚结滤芯的结构和材料分析》论文中对油水聚结的原理进行了阐述，介绍了油水聚结分离的基本过程，在油水分离原理基础上，具体分析了目前应用于喷气燃料的过滤分离器中的聚结滤芯和材料组成。聚结滤芯主要玻璃纤维材料制造，纤维表面均为疏水结构，但其表面沉积了大量的成分类似玻璃纤维纳米颗粒。

颇尔过滤器(北京)有限公司的侯海瑞在《液液聚结分离器原理及石油化工中的应用》论文中介绍了非均相液-液的聚结分离机理，以纤维介质为例，将聚结过程分为液滴捕集、液滴聚结和液滴沉降。在此基础上介绍了石油化工领域应用比较广泛的单级聚结器和二级聚结器，二级聚结器分为聚结器和分离器，分离器一般采用不锈钢网孔喷涂聚四氟乙烯材料或有机复合材料，实现疏水亲油功能。

上述专利和技术论文提供一种制备可用于油水分离或油水混合物破乳疏水亲油或亲油疏水材料的方法，或提供一套油水破乳装置或油水分离装置，上述方案仍存在以下不足：1.一般单纯利用材料的超疏水超亲油特性、超亲油超疏水特性或润湿聚结特性进行油水分离，乳化水分离效果较差，一次性分离效果不佳；2.未充分考虑各类杂质的影响，导致分离滤芯使用寿命较短；3.分离滤芯的抗污能力不足；4.通常利用材料的过水、阻油的特性进行分离，导致大量的燃油被滞留在油水分离滤芯前端，在分离量较大时，待分离燃油可能来不及与分离滤芯接触就排出，导致分离效果下降，不适用于含油率高的混合液分离；5.分离通量与与体积比较小，不适用于对空间要求严格的场所。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于纳米石墨烯材料的燃油过滤分离器，具有分离效果好、使用寿命长、结构紧凑、可靠性及自动化程度高等特点。

本发明提供的一种基于纳米石墨烯材料的燃油过滤分离器，包括油水分离壳体、滤杂壳体、粗滤器、磁环、精滤网、破乳组件、集水槽和油水分离组件。所述油水分离壳体、滤杂壳体连接形成组合壳体，二者内部相互连通，在滤杂壳体外部设有输送泵，所述输送泵的进口与粗滤器连接，出口与滤杂壳体通过管道连接，位于滤杂壳体内部的管道进口处设有磁环，精滤网外部套设有破乳组件，磁环位于精滤网内部，所述油水分离组件设置在油水分离壳体内部，所述集水槽设置在组合壳体的下部，并与油水分离壳体连通。燃油经过粗滤器、输送泵进入滤杂壳体后，经磁环、精滤网、破乳组件过滤后，继续流入油水分离壳体，经油水分离组件分离成油、水，油经设置在油水分离壳体上部的排油口排出，水进入集水槽。

所述破乳组件包括a型支撑骨架、破乳滤料、a型防护网、a型端盖；所述破乳组件为圆柱形，内部设有a型支撑骨架，在a型支撑骨架上外部设置破乳滤料，在破乳滤料外部设置a型防护网，在a型支撑骨架两端分别设有a型端盖。

可选地，所述破乳滤料为多层玻璃纤维材料，表面进行亲水疏油处理。

所述油水分离组件包括b型防护网、b型支撑骨架、骨架网、油水分离网、b型端盖；所述油水分离组件主体为圆柱形，由内至外依次设有b型防护网、b型支撑骨架、骨架网、油水分离网，在b型支撑骨架的两端分别设有b型端盖。

可选地，油水分离网为150目～200目的不锈钢丝网基材表面喷涂纳米石墨烯材料制作，在油水分离网表面的纳米石墨烯材料植入二氧化硅纳米颗粒，同时修饰pdms材料，形成微纳米的超疏水超亲油表面的不锈钢-纳米石墨烯滤网。

可选地，油水分离网为150目～200目的不锈钢丝网基材表面激光烧结纳米石墨烯材料制作而成。

进一步地，在集水槽顶部设置液位开关，用于监测集水槽内部的水位高度，并发出水位高低报警信号；在集水槽底部安装排水电磁阀，用于排放集水槽内部的水分，排水电磁阀在控制箱控制下，自动或手动排水。

粗滤器过滤精度在50μm～200μm；精滤网安装在滤杂壳体中，并通过固定支架固定，过滤精度在5μm～20μm；

油水分离壳体与滤杂壳体主体结构为筒形结构；输送泵对外提供燃油压头不低于0.1mpa，流量不低于1000l/h；

在滤杂壳体内部设有用于固定磁环、精滤网、破乳组件的固定支架；在油水分离壳体内部设有用于固定油水分离组件的固定支架。

本发明的有益效果为：首先，采用多级、多种方式杂质过滤，选用长寿命的油水分离网及破乳网，大幅提高了燃油过滤分离器滤芯的使用寿命。油水分离壳体、滤杂壳体采用焊接形式，可与控制箱、输油泵、集水槽等部件紧密集成，结构紧凑，适用于对空间要求严格的场所。

其次，本发明利用特殊表面处理的纳米石墨烯材料表面的超疏水亲油特性，综合滤杂、破乳和分离功能，可分离燃油中的机械杂质、铁性杂质、乳化水及游离水，在来油含水率不超过20000ppm的情况下，通过一次性分离，分离后燃油含水率一般在50ppm左右，满足燃油含水率不超过300ppm的标准要求，机械杂质直径不超过20μm，分离效果达到国际先进水平。

最后，燃油过滤分离器出口压力、流量大，适用于各种工作压力、流量需求的油水分离领域。本发明采用高可靠性的液位开关、排水电磁阀及输油泵，提高燃油过滤分离器的固有可靠性。本发明设置控制箱，可实现手动及自动控制油水分离、排水及报警功能，自动化程度高。

附图说明

图1本发明基于纳米石墨烯材料的燃油过滤分离器组成示意图；

图2本发明的破乳组件组成示意图；

图3本发明的油水分离组件的组成示意图；

图中，1-粗滤器、2-磁环、3-精滤网、4-破乳组件、5-油水分离组件、6-油水分离壳体、7-滤杂壳体、8-集水槽、9-液位开关、10-排水电磁阀、11-输送泵、12-控制箱、13-出口管道、21-a型支撑骨架、22-破乳滤料、23-a型防护网、24-a型端盖、31-b型防护网、32-b型支撑骨架、33-骨架网、34-油水分离网、35-b型端盖。

具体实施方式

参照图1、图2、图3所示，本发明实施例提供的基于纳米石墨烯材料的燃油过滤分离器，包括粗滤器1、磁环2、精滤网3、破乳组件4、油水分离组件5、油水分离壳体6、滤杂壳体7、集水槽8、液位开关9、排水电磁阀10、输送泵11、控制箱12、出口管道13。油水分离壳体6用于分离过流通道，在其内部设置油水分离组件5固定支架；滤杂壳体7用于形成预分离过流通道，在其内部设置磁环2、精滤网3、破乳组件4的固定支架。油水分离壳体6与滤杂壳体7组合壳体外部设置有输送泵11、控制箱12的固定支架。

油水分离壳体6与滤杂壳体7焊接，形成组合壳体，输送泵11与滤杂壳体7进口通过管道相连，输送泵11应有足够的压头和流量，能够防止内部的流阻损失，并对外提供燃油压头不低于0.1mpa，流量不低于1000l/h。优选的，输送泵11安装在油水分离壳体6、滤杂壳体7组合壳体上。粗滤器1与输送泵11进口通过管道相连，粗滤器1过滤精度在50μm～200μm之间，通过上述设计，可有效过滤油品中的大颗粒的机械杂质。油水分离壳体6与滤杂壳体7主体结构为筒形结构，通过上述设计，燃油过滤分离器结构紧凑、外形尺寸较小。

磁环2安装在滤杂壳体7中，并通过固定支架固定在滤杂壳体7内部前侧，磁环2采用永磁材料制作，本实施例采用铷铁硼材料制作。通过上述设计，可有效过滤因设备、管道腐蚀等原因掺混至燃油中的铁磁性杂质。

精滤网3安装在滤杂壳体7中，并通过固定支架固定，过滤精度在5μm～20μm之间。精滤网3采用不锈钢材料或铜及铜合金材料制作。通过上述设计，可有效过滤油品中的微小颗粒的机械杂质。

破乳组件4安装在滤杂壳体7中并通过固定支架固定，所述破乳组件4包覆在精滤网3上，

破乳组件4包括a型支撑骨架21、破乳滤料22、a型防护网23、a型端盖24。破乳滤料22为多层玻璃纤维材料制造，表面进行亲水疏油处理。通过上述设计，油品中的乳化水被破乳滤料中超细纤维润湿、吸附、碰撞、逐步析出，积聚成为颗粒较大游离水珠，实现水破乳分离。

油水分离组件5安装在油水分离壳体6中并给予固定，油水分离组件5包括b型防护网31、b型支撑骨架32、骨架网33、油水分离网34、b型端盖35，油水分离网34为150目～200目的不锈钢丝网基材表面喷涂纳米石墨烯材料制作，在油水分离网34表面的纳米石墨烯材料植入二氧化硅纳米颗粒，同时修饰pdms材料(聚二甲基硅氧烷)，形成微纳米的超疏水超亲油表面的不锈钢-纳米石墨烯滤网，该网表面具有抗污能力，容易冲洗。通过上述设计，由于油水分离网34表面具有超疏水超亲油性，燃油中小水珠不能通过分离网，汇集后大水滴在重力作用下，掉落至集水槽8中，而油液顺利通过分离网，实现油水分离。

集水槽8位于油水分离壳体6底部，并给予固定，集水槽8用于汇集和临时保存分离后的水分。

液位开关9安装在集水槽8顶部，用于监测集水槽8内部的水位高度，并能发出水位高低报警信号。

排水电磁阀10安装在集水槽8底部，用于排放集水槽内部的水分，排水电磁阀10可在控制箱控制下，自动或手动排水，保证油水分分离持续进行；为了保证排水工作正常，排水电磁阀可快速启闭，启闭可靠性不小于5000次。

控制箱12具有自动、手动控制排水电磁阀10启闭、输送泵11启停及综合报警功能，安装在油水分离壳体6、滤杂壳体7组合壳体上，或安装在设备公共基座上。

出口管道13与油水分离壳体6相连，用于排出净化后的燃油。

实施例2

本实施例中油水分离网34为不锈钢丝网基材表面激光烧结纳米石墨烯材料制作，其余与实施例1类同。

实施例3

本实施例中破乳滤料22为多层聚酯纤维材料制造，表面进行亲水疏油处理，其余与实施例1类同。

实施例4

本实施例中破乳滤料22为多层聚酯纤维材料制造，表面进行亲水疏油处理，其余与实施例2类同。

实施例5

本实施例中输送泵11安装在公共基座上，并给予固定，其余与实施例1类同。

实施例6

本实施例中控制箱12安装在公共基座上，并给予固定，其余与实施例1类同。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应该涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。