CN109157899B - 一种矿用离子液体阻化剂的回收装置及回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种矿用离子液体阻化剂的回收装置及回收方法，回收装置包括密封装置、进料收束装置、加热冷凝装置和收集装置；所述密封装置包括外壳和嵌套在外壳内部的密封层；所述进料收束装置包括依次穿过外壳和密封层的加料口和与所述加料口相连接的收束器；所述加热冷凝装置包括位于所述收束器正下方的加热芯、包裹在加热芯外的蒸发膜和环状均匀布置在加热芯四周的冷凝器；所述收集装置包括喇叭状的重组分收集器、连通所述重组分收集器的重组分排出口和连通所述密封层的轻组分排出口。本发明结构精巧，操作简单，回收阻化剂效果好，回收纯度高，可推广使用。

Description

一种矿用离子液体阻化剂的回收装置及回收方法

技术领域

本发明涉及回收装置，具体涉及一种矿用离子液体阻化剂的回收装置及回收方法。

背景技术

一般在矿山开采的过程中，为了防止矿井火灾的发生，常会用到离子液体阻化剂。离子液体阻化剂的阻化降温效果好，不易挥发，对人体的毒害作用小，安全有效，性价比高，阻化效果优越，能有效地保持矿井工作面的惰性状态或遏制可能发生的火灾隐患。但是，由于阻化剂的成本较高，十分的昂贵。因此，将使用后的阻化剂进行回收，重复利用，可以显著降低防灭火的成本，带来更多的经济效益。

矿用回收装置不同于传统的回收装置，需要考虑矿井气候的特殊情况，这与地面上的液体回收装置有所区别。

发明内容

本发明针对上述需要解决的问题，提供一种矿用离子液体阻化剂的回收装置及回收方法，该装置结构简单精巧，使用方便，回收阻化剂效果好，回收的阻化剂纯度高，操作安全可靠，回收效率高，可推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种矿用离子液体阻化剂的回收装置，其特征在于，包括密封装置、进料收束装置、加热冷凝装置和收集装置；所述密封装置包括竖直设置的外壳和嵌套在所述外壳内部的密封层，所述密封层内工作时始终保持真空状态；所述进料收束装置包括加料口和收束器，所述加料口依次穿过所述外壳和密封层的顶端，所述收束器设置在密封层内部靠近密封层上顶面的位置，且与所述加料口下端相连接；所述加热冷凝装置包括加热芯、蒸发膜和冷凝器，所述加热芯设置在所述收束器的正下方，所述蒸发膜包裹在所述加热芯外表面，所述冷凝器均匀环状布置在所述加热芯周侧，所述加热芯与冷凝器之间形成重组份液化腔；所述收集装置包括重组分收集器、重组分排出口和轻组分排出口，所述重组分收集器呈喇叭状，所述重组分收集器位于所述重组份液化腔下方，边缘靠近所述冷却器，所述重组分排出口一端连通所述重组分收集器，另一端伸出所述外壳，所述轻组分排出口一端连通所述密封层，另一端伸出所述外壳，所述重组分排出口和轻组分排出口嵌套设置，所述轻组分排出口在重组分排出口外部。

优选地，根据矿井的特殊工况，本设计采用煤安型防爆电气。

优选地，所述外壳外连接有真空泵，所述真空泵与环形真空管连接，所述真空管位于与所述密封层的腔体内。

优选地，所述重组分排出口上靠近重组分收集器的位置设置有致密活性炭层。

优选地，所述离子液体和水的混合物进入加料口之前，需要进行过滤处理，防止固体颗粒进入回收装置。

优选地，为了满足密封层内的高真空度，对密封层采用双端面机械密封，并加装真空表，实时监测密封层内真空度，通过调整所述真空泵功率来保证密封层内实时保持高真空度。

优选地，始终保证蒸发分子的平均自由程不小于蒸发膜与冷凝器之间的距离，从而能让蒸发分子顺利接触冷凝器完成冷凝。

优选地，所述加热芯外表面为45°对角斜槽刮板结构，便于液体流入重组分收集器。

优选地，所述加热芯和冷凝器之间的温差控制在80-100℃。

优选地，所述重组分排出口和轻组分排出口均设置阀门。

优选地，所述矿用离子液体阻化剂的回收装置回收方法为：将阻化后的含离子液体阻化剂的混合液通过矿井内的排水系统集中收集起来，加压后经管路输送到回收池，在回收池中加入絮凝剂后沉淀，沉淀池中的混合液过滤后通过加料口进入回收装置，控制好加料的流量，不宜过大或过小；流量过大，会造成轻组分未完全蒸发，影响重组分纯度；流量过小，回收效率低下，所述离子液体与水的混合物沿收束器流至蒸发膜，混合液被加热芯加热的同时沿蒸发膜向下流动；根据阻化剂与其他组分的平均自由程不同，阻化剂沿蒸发膜流入重组分收集器，少量蒸发的阻化剂在未达到冷凝器前液化，流入重组分收集器，再经由致密活性炭层过滤，吸附阻化剂中的色素和异味，最后从重组分排出口将其收集起来；另一方面，轻组分会在冷凝器上冷凝，从轻组分排出口排出，通过上述方式实现矿用离子液体阻化剂的回收，测定收集到的离子液体的电导率，然后与纯离子液体的电导率相比即可得到纯度。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明结构简单精巧，使用方便安全，回收效率高，回收纯度高，使用成本低，可推广应用。

2、本发明采用的进料收束装置设置有控制进料速度的控制阀门，能实时保证合理的进料速度，提高蒸馏效率，并且该控制阀门采用闭锁设计，待密封层中达到规定真空度时才开启阀门，从而提高回收的纯度和回收效率。

3、本发明采用的真空表能实时监测密封层内的真空度，进而调整真空泵的工作功率，既能提供稳定的密封层内真空度，又能降低能耗。

4、本发明中设置的加热冷凝装置，通过设置外表面为45°对角斜槽刮板结构的加热芯，能使混合液充分加热蒸发，环状布置在加热芯周侧的冷凝器拥有充足的冷凝面积，大大提高冷凝效率，通过温度传感器实时保持加热芯和冷凝器的温差，操作温度低，装置能耗低，液体受热时间短，仅几秒至几十秒，分离效率远高于传统蒸馏技术。

5、本发明采用的收集装置通过设计重组分排出口和轻组分排出口能高效回收各组分液体，回收的重组分离子液体阻化剂，经致密活性炭层过滤后，获得的离子液体阻化剂纯度高，无杂质无异味，方便重复使用，大大节省成本。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

附图标记说明：

1—外壳； 2—加料口； 3—密封层；

4—收束器； 5—加热芯； 6—冷凝器；

7—蒸发膜； 8—环形真空管； 9—真空泵；

10—重组分收集器； 11—致密活性炭层； 12—重组分排出口；

13—轻组分排出口。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括包括密封装置、进料收束装置、加热冷凝装置和收集装置；所述密封装置包括竖直设置的外壳1和嵌套在所述外壳1内部的密封层3，所述密封层3内工作时始终保持真空状态；所述进料收束装置包括加料口2和收束器4，所述加料口2依次穿过所述外壳1和密封层3的顶端，所述收束器4设置在密封层3内部靠近密封层3上顶面的位置，且与所述加料口2下端连接；所述加热冷凝装置包括加热芯5、蒸发膜7和冷凝器6，所述加热芯5设置在所述收束器4的正下方，所述蒸发膜7包裹在所述加热芯5外表面，所述冷凝器6环状均匀布置在所述加热芯5周侧，所述加热芯5与冷凝器之6间形成重组份液化腔；所述收集装置包括重组分收集器10、重组分排出口12和轻组分排出口13，所述重组分收集器10呈喇叭状，且位于所述重组分液化腔的下方，边缘靠近所述冷却器6，所述重组分排出口12一端连通所述重组分收集器10，另一端伸出所述外壳1，所述轻组分排出口13一端连通所述密封层3，另一端伸出所述外壳1，所述重组分排出口12和轻组分排出口13嵌套设置，所述轻组分排出口13在重组分排出口12外部。

根据矿井的特殊工况，本实施例的回收装置采用煤安型防爆电气。

本实施例中，使用的矿用离子液体阻化剂为1-丁基-3-甲基咪唑碘盐[BMIM]I，弱碱性盐，易溶于水、乙醇，比重比水大，热分解温度265℃。

本实施例中，所述外壳1设置保温层覆盖，如气凝胶材料(绝热防水效果优越)等，同时外壳1要具有良好的密封性。

本实施例中，所述外壳1外连接有真空泵9，所述真空泵9与环形的真空管8连接，所述真空管8位于与所述密封层3的腔体内。

本实施例中，环形真空管8上均匀布设有孔隙，可提高抽真空的效率，同时不会将分离出的冷凝液吸入真空系统中。

本实施例中，所述重组分排出口12上靠近重组分收集器10的位置设置有5-10cm致密活性炭层11。

本实施例中，所述离子液体和水的混合物进入加料口2之前，需要进行过滤处理，防止固体颗粒进入回收装置。

本实施例中，与加料口2相连的加料管道上设置一个控制阀门，用以监控进入回收装置的离子液体与水的混合物的流量和流速，管材和阀门采用不锈钢材质。

本实施例中，进料温度不宜过低(20℃以下)，可在进料前进行预热处理；处理流量0.1-15L/h，根据实际使用的设备规格决定；另外物料要进行脱气处理。

本实施例中，为了满足密封层3内的高真空度，对密封层3采用双端面机械密封，在密封层3上设置真空表，实时监测密封层3内真空度，通过调整所述真空泵9功率来保证密封层3内实时保持高真空度。

本实施例中，始终保证蒸发分子的平均自由程不小于蒸发膜7与冷凝器6之间的距离，从而能让蒸发分子顺利接触冷凝器6完成冷凝。

本实施例中，所述加热芯5可加入导热油，并设置导流板强化传热；所述蒸发膜7上设置热敏电阻，可探测控制蒸发膜7的温度，保证蒸发过程稳定进行。加热温度一般设为100-120℃，只要比冷凝器6(一般为室温)的温度高80-100℃即可。

本实施例中，在所述加热芯5和冷凝器6上分别设置温度传感器，实时监测二者温差。

本实施例中，所述冷凝器6中加入冷凝液并保持其循环流动，根据实际蒸发量设置冷凝器6的数量，但不宜过少，一般冷凝面积为蒸发面积的2～3倍；冷凝器6上设置球形结点，增大冷却面积。

本实施例中，冷凝器6与蒸发膜7之间的距离一般设为5-20cm，且以实际轻组分的平均自由程为设计依据。

本实施例中，真空度是影响分子飞射方向和蒸发速度的主要因素，故操作压力应小于1.5Pa，且越小越好。

本实施例中，所述加热芯5外表面为45°对角斜槽刮板结构，便于液体流入重组分收集器10。

本实施例中，所述加热芯5和冷凝器6之间的温差控制在80-100℃。

本实施例中，所述重组分排出口12和轻组分排出口13均设置阀门。

本实施例中，加料口2管段阀门与真空系统采用闭锁设计，在未达到规定的操作真空度时，阀门无法开启，以及当工作时的真空度在不满足操作条件下自动关闭阀门，从而有效地保证所收集的轻重组分的高纯度。

本实施例中，回收装置接地处理。

本实施例中，回收装置中的阀门、温度传感器等元件与计算机监控系统连接，远程智能控制，从根本上降低操作人员与装置直接接触可能带来的危险。

本实施例中，所述矿用离子液体阻化剂的回收装置回收方法步骤为：

第一步，通过矿井内的排水系统回收阻化后的含有离子液体阻化剂的混合液，加压输送至回收池，在回收池中加入絮凝剂沉淀；

第二步，将整个回收装置接地，将各控制阀门、温度感应元件、真空表等元件与计算机系统连接；

第三步，接通各部分电源，待真空表显示达到规定真空度后，加热加热芯，观察温度传感器待达到规定温差后，打开加料口2处的阀门，将混合液经细密过滤网过滤后通过加料口2进入回收装置，通过计算机系统控制加料口2处的阀门进而控制加料的流量，然后所述离子液体阻化剂与水的混合液沿收束器4流至蒸发膜7，混合液被加热芯5加热的同时沿蒸发膜7向下流动；根据阻化剂与其他组分的平均自由程不同，阻化剂沿蒸发膜7流入重组分收集器10，少量蒸发的阻化剂在未达到冷凝器6前液化，流入重组分收集器10，再经由致密活性炭层11过滤，吸附阻化剂中的色素和异味，最后从重组分排出口12将其收集起来；另一方面，轻组分会在冷凝器6上冷凝，从轻组分排出口13排出通过将离子液体与水的混合物送入回收装置，在回收装置工作的过程中，同时要监控温度传感器和真空表，保证密封层3内的真空度和加热芯5和冷凝器6的温差；

第四步，收集从重组分排出口12得到的液体，通过测定收集到的重组分离子液体的电导率来测定纯度，从而完成整个回收过程。

以上所述，仅是本发明较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种矿用离子液体阻化剂的回收方法，其特征在于，包括密封装置、进料收束装置、加热冷凝装置和收集装置；所述密封装置包括竖直设置的外壳（1）和嵌套在所述外壳（1）内部的密封层（3）；所述进料收束装置包括加料口（2）和收束器（4），所述加料口（2）依次穿过所述外壳（1）和密封层（3）的顶端，所述收束器（4）设置在密封层（3）内部靠近密封层（3）上顶面的位置，且与所述加料口（2）的底端连接；所述加热冷凝装置包括加热芯（5）、蒸发膜（7）和冷凝器（6），所述加热芯（5）设置在所述收束器（4）的正下方，所述蒸发膜（7）包裹在所述加热芯（5）外表面，所述冷凝器（6）环状均匀布置在所述加热芯（5）的周侧，所述加热芯（5）与冷凝器（6）之间形成重组份液化腔；所述收集装置包括用于收集矿用离子液体阻化剂的重组份成分的重组分收集器（10）、重组分排出口（12）和轻组分排出口（13），所述重组分收集器（10）呈喇叭状，所述重组分收集器（10）位于所述重组份液化腔的下方，重组分收集器（10）的边缘靠近所述冷凝器（6），所述重组分排出口（12）一端连通所述重组分收集器（10），另一端伸出所述外壳（1），所述轻组分排出口（13）一端连通所述密封层（3）底部，另一端伸出所述外壳（1），所述重组分排出口（12）和轻组分排出口（13）嵌套设置，所述轻组分排出口（13）在重组分排出口（12）外部；

所述重组分排出口（12）上靠近所述重组分收集器（10）的位置设置有致密活性炭层（11）；

所述加热芯（5）外表面为45°对角斜槽刮板结构；

所述加热芯（5）和冷凝器（6）之间的温差控制在80℃~100℃，且所述加热芯（5）和冷凝器（6）上分别设置温度传感器；

回收阻化后含离子液体阻化剂的混合液，将所述混合液通过加料口（2）进入回收装置，沿收束器（4）流至蒸发膜（7），混合液被加热芯（5）加热的同时沿蒸发膜（7）向下流动；根据混合物中各组分的平均自由程不同，离子液体阻化剂沿蒸发膜（7）流入重组分收集器（10），少量蒸发的阻化剂在未达到冷凝器（6）前液化，流入重组分收集器（10），再经由致密活性炭层（11）过滤，吸附阻化剂中的色素和异味，最后从重组分排出口（12）将其收集起来；另一方面，混合液中的轻组分在冷凝器（6）上冷凝，从轻组分排出口（13）排出，通过上述方法实现矿用离子液体阻化剂的回收。

2.根据权利要求1所述的一种矿用离子液体阻化剂的回收方法，其特征在于，所述外壳（1）外连接有真空泵（9），所述真空泵（9）与环形的真空管（8）连接，所述真空管（8）位于与所述密封层（3）的腔体内。

3.根据权利要求2所述的一种矿用离子液体阻化剂的回收装置，其特征在于，所述真空管（8）上均匀布设有孔隙。

4.根据权利要求1或2所述的一种矿用离子液体阻化剂的回收方法，其特征在于，所述密封层采用双端面机械密封，并加装真空表。

5.根据权利要求1或2所述的一种矿用离子液体阻化剂的回收方法，其特征在于，所述重组分排出口（12）和轻组分排出口（13）上均设置控制阀门。

6.根据权利要求1或2所述的一种矿用离子液体阻化剂的回收方法，其特征在于，所述加料口（2）上连接有进料管道，所述进料管道上设置有闭锁型阀门。