专利名称：空气分离浮法玻璃装置的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及空气分离装置和浮法玻璃制造。在本发明的实际应用中，低温空气分离装置或变压吸附装置和薄膜分离装置的组合装置与浮法玻璃制造装置形成一个整体。
通过浮法玻璃工艺来制备平板玻璃包括在熔化炉中熔化玻璃和将熔融玻璃从熔炉中移到浮法玻璃成型室中。熔融玻璃被注入到浮法玻璃成型室内的熔融锡槽上。为了防止热的锡槽的表面被氧化，在浮法玻璃成型室里使用氮气氛。气氛中还含有与任何存在的氧反应从而形成水蒸气、以及玻璃中产生的硫反应从而形成硫化氢的氢气。这进一步保证了在浮法玻璃成型室中热锡槽和熔融玻璃的整体性。
在玻璃制造的过程中，当在玻璃熔炉中处理玻璃原料时、需要大量的热来熔融玻璃原料。一般，这种热由燃料和氧化剂(迄今为止通常是空气)的燃烧来获得。
氧化氮(NOx)被认为是污染物并且希望工业生产中减少NOx排出。NOx是在空气基燃烧中产生的，这主要是因为在燃烧反应的高温下空气中的氮与氧发生了结合。
近来，对NOx问题的反应是许多工业生产开始采用纯氧或富氧空气来燃烧，因为这能减少或完全除去由氧化剂带入到燃烧反应区中的氮。然而，采用纯氧或富氧空气作为氧化剂增加了玻璃熔融的费用并因此增加了整个玻璃制造的成本。因此，本发明的一个目的是提供一种浮法玻璃制造系统，它采用氧气作为燃烧的氧化剂来产生用于玻璃熔炉的热，并且它比传统的浮法玻璃制造系统操作更有效。
本发明能达到上述的和其它目的，对于熟悉本领域现有技术的专业人员来说在阅读了本公开内容后，这些目的将变得显而易见。它的一个方面是一种浮法玻璃设备，包括(A)一个熔炉、一个浮法玻璃成型室和一个熔融玻璃从熔炉中进入浮法玻璃成型室的通道；(B)一个低温空气分离装置和一个将喂入空气送入低温空气分离装置中的装置；(C)将氧气从低温空气分离装置中通入熔炉中的装置；(D)将氮气从低温空气分离装置中通入浮法玻璃成型室中的装置；和(E)一个氢气源容器和将氢气从氢气源容器中通入浮法玻璃成型室中的装置；本发明的另外一个方面是一种浮法玻璃设备，包括(A)一个熔炉、一个浮法玻璃成型室、和一个将熔融玻璃从熔炉中通入到浮法玻璃成型室中的通道；(B)一个变压吸附装置、将喂入空气导入变压吸附装置中的装置、和将氧气从变压吸附装置中通入熔炉中的装置；(C)一个薄膜分离装置、一个催化去氧装置(deoxo unit)、一个将喂入空气通入薄膜分离装置中的装置、和将氮气从薄膜分离装置中通入催化去氧装置中的装置；(D)一个氢气源容器、将氢气从氢气源容器中通入浮法玻璃成型室中的装置、和将氢气从氢气源容器中通入催化去氧装置中的装置；和(E)将氮气从催化去氧装置中通入浮法玻璃成型室中的装置。
这里使用的“喂入空气”是指一个主要由氧气和氮气组成的混合物，例如大气中的空气。
这里使用的“氧气”是指至少有22(mol)％氧气浓度的气体。
这里使用的“氮气”是指至少有95(mol)％氮气浓度的气体。
这里使用的“氢气”是指至少有75(mol)％氢气浓度的气体。
这里使用的“柱”是指蒸馏或分馏柱或区，即，接触柱或区，其中液相和气相是逆流接触以促进流体混合物的分离，例如，气相和液相一系列垂直排列在柱中的盘或碟中，和/或在如按一定结构填充的填充部件中接触。对于蒸馏柱的进一步讨论，见R.H.Perry和C.H.Chilton主编的《化学工程手册》，第15版，McGraw-Hill Book Company，纽约，第13章，连续蒸馏法。
这里使用的“低温空气分离装置”是指至少包括一个柱的装置，该柱处理输入的空气并产生氧气和氮气，而且其中至少部分处理是在150K或低于150K的温度下进行。本发明所采用的低温空气分离装置的实例可在Howard的美国专利US5,596,886、Bonaquist的美国专利US5,611,219、Bonaquist等的美国专利US5,664,438、Bonaquist的美国专利US5,666,824、和Bonaquist等的美国专利US5,678,427中找到。
这里使用的“变压吸附装置”是指用吸附剂从气体混合物中分离出气体组分的装置，其包括吸附步骤，在吸附过程中混合物中的同种或同类物质优先吸附在吸附剂上，并再生或脱附，其中优先吸附的这种物质通过减压从吸附剂中除去。本发明所采用的变压吸附装置的实例可在Leavitt的美国专利US5,415683、Baksh等的美国专利US5,518,526、和Girard等的美国专利US5,536,299中找到。
这里使用的“薄膜分离装置”是指使用聚合物膜并沿膜形成气体浓度梯度从而从气体混合物中分离出气体组分的装置。本发明所采用的薄膜分离装置的实例可在Prasad的美国专利US5,226,932、Prasad的美国专利US5,378,263和Prasad的美国专利US5,425,801中找到。
这里使用的“催化去氧装置”是指通过与氢的催化反应从混合气体中分离出氧气的装置。本发明所采用的催化去氧装置的实例可在Golovko的美国专利US4,137,056和Agrawal等的美国专利US4,817,392中找到。
图1是表示本发明的一个实施方案的简图，其中浮法玻璃装置的气体源包括低温空气分离装置。
图2是表示本发明另一个实施方案的简图，其中浮法玻璃装置的气体源包括变压吸附装置和薄膜分离装置。
本发明包括一个浮法玻璃装置和喂入空气分离装置的组合装置、以便用一种装置提供用于浮法玻璃装置熔炉中的氧气、和用于浮法玻璃装置浮法玻璃成型室中的氮气，这样就减轻了为降低NOx而需要供给熔炉热的燃烧中使用氧气而造成的多余费用。
参考附图将详细描述本发明。参考图1，说明本发明的浮法玻璃制造设备的一个具体实施方案，图1说明的设备包括一个熔炉2和一个具有将熔炉2和室3连通的通道20的浮法玻璃成型室3、其中熔融玻璃可以从炉2进入室3中。喂入的空气61进入低温空气分离装置1中，其中喂入的空气通过低温精馏分成氧气和氮气以及废气流82，废气流82从装置中除去。低温空气分离装置中的氧气通入熔炉2中并在其中与燃料一起燃烧以便提供熔化熔炉中玻璃形成材料的热从而形成熔融玻璃。优选氧气是氧气浓度至少为80(mol)％，特别优选至少为90(mol)％的流体。在图1描述的具体实施方案中，低温空气分离装置1中的氧气63与燃料64、甲烷等一起燃烧以形成进入炉2中的燃烧气流65。另外，氧气和燃料可分别进入熔炉2并在此处进行燃烧。将燃烧反应产物，如，水蒸气和二氧化碳从炉2中抽入到气流22中。
低温空气分离装置1中的氮气通入浮法玻璃成型室3中。优选氮气浓度至少为99(mol)％，更优选至少为(mol)99.9％。在图1所描述的具体方案中，低温空气分离装置1中的氮气62与气流73结合以形成通入室3中的气流74下面将有更加完全的描述。氢气供给装置5、如位于管形物尾部的盒或管中的氢气通入浮法玻璃成型室3中。在图1所描述的具体方案中，氢气67与气流71以下将更详细地描述结合以形成上述气流73，气流73形成通入室3中的气流74。
甚至低温空气分离装置1产生的氮气含有的氧气浓度比希望的要高，来自装置1的部分或全部氮气可经气流80通入到催化去氧装置6中。来自氢气源容器5的部分氢气69也被通入到催化去氧装置6中。在催化去氧装置6中氢气与氮气流80中氧气反应形成水而被除去，这样留下从催化去氧装置6中气流81中并和来自净化装置4的气流21结合以形成气流71的高纯氮气、气流71形成气流73，而气流74通入室3中。
在室3中氮气/氢气保护气氛被诸如水蒸气、硫化氢、氧化亚锡和硫化亚锡这样的污染物污染。浮法玻璃成型室3中抽出作为气流70的污染气氛并通入纯化装置4中，在其中污染物在吸附剂上吸附而从气流中除去，并通过气流84和104离开所示的装置。保护气氛的一部分也被抽出并释放到气流103中。来自纯化装置4的最终纯净的氮气/氢气气体21与上述新鲜的氮气和氢气一起循环到浮法玻璃成型室3中。与空气分离装置结合的氮气循环能使空气分离装置在较低的氮氧产物比下操作，因此改善了空气分离装置专门用于向浮法玻璃生产提供产物的操作效率。浮法玻璃产品从浮法玻璃成型室3中取出并通过阀门75回收。
图2表示本发明浮法玻璃制造装置的另一具体方案。图2中的数字与图1中代表常规部件的数字相同、并且常规部件和操作就不再详述。参考图2，喂入空气24通入薄膜空气分离装置7中，在其中它被分成氮气和氧气/氮气残余物。氧气/氮气残余物作为喂入空气从薄膜分离装置7中作为气流23通入变压吸附装置8中。另外除气流23之外，喂入空气经气流77可通入变压吸附装置中。
在变压吸附装置8中喂入空气通过变压吸附分离成氧气和废气25，废气25从装置中除去。变压吸附装置中的氧气通入炉2中用于燃烧。在图2描述的具体实施方案中，来自装置8中的氧气如图1所示的技术方案那样在进入炉2之前与燃料64结合。装置8优选是真空变压吸附装置。
在薄膜分离装置7中产生的氮气总含有一些氧气。因此，来自装置7中的氮气注气流27进入催化去氧装置6中。氢气流69也被通入催化去氧装置6中，在其中氧气通过与氢气反应形成水而除去，留下如上所述的经处理的高纯氮气81。还有，在低温空气分离装置技术方案的情况下，氧化和循环浮法玻璃成型室中的氮气确保了空气在较低的氮氧产物比条件下分离确保了用于熔炉氧燃料燃烧的氧气高效地生产，导致空气分离与空气分离产物专门用于本发明实现高效而又有利的结合。
现通过应用本发明能提供一种浮法玻璃制造装置，其使用了氧气而不是空气来燃烧却仍能低成本且有效。尽管参考某些优选实施方案详细地描述了本发明，但熟悉本领域现有技术的专业人员应意识到本发明的其它技术方案在权利要求的实质和范围之内。
权利要求
1.一种浮法玻璃设备，包括(A)一个熔炉、一个浮法玻璃成型室和使熔融玻璃从熔炉进入浮法玻璃成型室的通道；(B)一个低温空气分离装置和使喂入空气进入低温空气分离装置中的装置；(C)使氧气从低温空气分离装置中进入熔炉中的装置；(D)使氮气从低温空气分离装置中进入浮法玻璃成型室中的装置；和(E)一个氢气源容器和使氢气从氢气源容器中进入浮法玻璃成型室中的装置。
2.权利要求1的浮法玻璃设备，还包括净化装置、使气体从浮法玻璃炉室中进入净化装置中的装置，和使气体从净化装置中进入浮法玻璃成型室中的装置。
3.权利要求1的浮法玻璃设备，还包括催化去氧装置(deoxo unit)，其中从低温空气分离装置中传送氮气的装置包括催化去氧装置，并且还包括使氢气从氢气源容器中进入催化去氧装置中的装置。
4.浮法玻璃设备，包括(A)熔炉、浮法玻璃成型室和使熔融玻璃从熔炉中进入浮法玻璃成型室的通道；(B)变压吸附装置、使喂入空气进入变压吸附装置中的装置，和使氧气从变压吸附装置中进入熔炉中的装置；(C)薄膜分离装置、催化去氧装置、使喂入空气进入薄膜分离装置中的装置，和使氮气从薄膜分离装置中进入催化去氧装置中的装置；(D)一个氢气源容器、使氢气从氢气源容器进入浮法玻璃成型室的装置，和使氢气从氢气源容器中进入催化去氧装置中的装置；和(E)使氮气从催化去氧装置中进入浮法玻璃成型室的装置。
5.权利要求4的浮法玻璃设备，其中使喂入空气进入变压吸附装置中的装置接收包括来自薄膜分离装置中的氧气和氮气的气体。
6.权利要求4的浮法玻璃设备，还包括净化装置、使气体从浮法玻璃成型室进入净化装置中的装置，和使气体从净化装置中进入浮法玻璃成型室的装置。
全文摘要
本发明将低温空气分离装置或变压吸附装置和薄膜分离装置的组合装置与浮法玻璃制造装置结合为一体、其中来自该装置的氧气用于熔炉中氧燃料的燃烧并且来自该装置的氮气用作浮法玻璃成型室中的保护气氛。
文档编号F25J3/04GK1226521SQ9812694
公开日1999年8月25日 申请日期1998年12月21日 优先权日1997年12月22日
发明者D·P·波纳奎斯特, J·A·维伯, T·F·菲舍 申请人:普拉塞尔技术有限公司