專利名稱：形成粒狀玻璃批料組合物同時(shí)減少排氣流中揮發(fā)性組分的方法
交叉引用的相關(guān)申請本申請請求1999年7月13提交的美國臨時(shí)申請No.60/143，602的利益。
通常，人們在減少或消除排氣物中的揮發(fā)性組分這方面的工作都會(huì)涉及專門的干洗法、濕洗法或者兩者的結(jié)合的使用。美國專利No.4,208,201公開了一種方法，在該方法中，將批料室(batch house)中的粉末引到一個(gè)或多個(gè)熔爐的排氣流中。這種粉末顆粒直徑優(yōu)選為十個(gè)微米或更大，其可形成凝結(jié)核，排氣流中的可凝成分會(huì)凝結(jié)在凝結(jié)核上(第2欄的第38-44行)。粉末顆粒在與排氣混合后從排氣流中過濾出來并返回到批料源并被重復(fù)利用(參見第2欄的第67-68行和第3欄的第1-2行)。美國專利No.3,995,005和3,969,482公開了一種利用兩級工藝處理熔爐煙氣的方法，包括第一步，用堿性溶液或堿性料漿冷卻煙氣形成鹽；第二步，使煙氣與粒狀吸附材料接觸從而將剩余的酸氣去掉。煙氣在與吸附材料混合前的溫度優(yōu)選為約從200°F到300°F(約從93℃到149℃)。此外煙氣中剩余的酸氣在與吸附材料的混合前其濃度優(yōu)選降到少于約百萬分之五百，這是因?yàn)槲竭^程在高濃度下通常都不夠經(jīng)濟(jì)(參見US3,969,482第7欄第33-38行)。還有，引到袋式收塵室中的氣流溫度優(yōu)選為低于約185°F(約85℃)，從而使那些沉積在袋濾器中的硼酸的揮發(fā)性降到最小。
這樣的兩步式工藝比較復(fù)雜、昂貴并且運(yùn)行和維護(hù)起來也很困難。此外，還發(fā)現(xiàn)通過冷凝回收硼化物，例如將含有揮發(fā)性硼酸的煙氣引到溫度低于約190°F(約88℃)的袋濾器中會(huì)因粘性硼酸凝結(jié)物的沉積而導(dǎo)致管道系統(tǒng)阻塞并堵死過濾袋(bag-blinding)。這里所用的術(shù)語“堵死過濾袋”是指過濾袋被涂漬或被阻塞，這樣穿過布袋的氣流嚴(yán)重受阻。此外，這種系統(tǒng)中無法從煙氣中回收能量，或者回收不到能量。
其它還有許多專利文獻(xiàn)都是使排氣流穿過一床或一塔顆粒狀批料而從煙氣或熔爐的排氣流中回收能量、粒料和揮發(fā)性組分的。美國專利文獻(xiàn)US3,953,190公開了一種具有玻璃批料球的預(yù)熱器和再循環(huán)的結(jié)構(gòu)，其具有一個(gè)中段，熱的排氣穿過其中。當(dāng)排氣穿插過該結(jié)構(gòu)時(shí)，該球被加熱同時(shí)氣流被冷卻從而使揮發(fā)性材料和粉末在這里凝結(jié)(參見第3欄第31-35行)。進(jìn)入該結(jié)構(gòu)的氣體溫度約從1000°F到1600°F(即約從538℃到871℃)，在其穿過該結(jié)構(gòu)時(shí)則被冷卻到大約600°F(約316℃)，并在約450°F下排放(參見第4欄第6-13行)。預(yù)熱后的小球接著被送到熔爐中。美國專利文獻(xiàn)US4,248,615公開了一種在玻璃生產(chǎn)工藝中回收能量并降低污染的方法，其中熔爐的煙氣被導(dǎo)入一個(gè)含有成塊批料的預(yù)熱器中從而在它們引入爐堂之前加熱這些塊料。氣體在穿過預(yù)熱器之后，進(jìn)到一個(gè)或多個(gè)預(yù)調(diào)理室中從而在成塊批料引入預(yù)熱器之前對其進(jìn)行預(yù)熱。顆粒會(huì)因塊料的“過濾”作用而從煙氣分離出來(參見第6欄第7-8行)。此外，某些氣體污染物也會(huì)隨著煙氣溫度的下降而凝結(jié)回收(參見第6欄第11-15行)。
盡管這種方法和裝置能夠很方便地用于球狀批料，但由于與塊料或球料相關(guān)的活性表面積很低，因此它們在揮發(fā)物回收方面的效率很差，并且不能很好地適用于粒狀批料，這是因?yàn)閷⑴艢饬鞔┻^一床粒料是很困難的。比如，使熱排氣流穿過一床非成塊的粒料可導(dǎo)致粉末的形成和顆粒損失并形成聚集體以及很高的系統(tǒng)壓降。此外，粒狀玻璃批料會(huì)由于其顆粒尺寸微細(xì)而難于流化。
美國專利文獻(xiàn)US4,298,369和US4,282,019公開了一種用煙氣預(yù)熱球狀批料同時(shí)更好地將揮發(fā)性物質(zhì)從煙氣中去除的系統(tǒng)。美國專利文獻(xiàn)US4,298,369公開了一種玻璃加工方法，其中一種粒狀硼和/或氟反應(yīng)材料被引到約500℃(約932°F)多度的煙氣流中并與其進(jìn)行反應(yīng)(參見第2欄第1-8行)。該反應(yīng)材料優(yōu)選根據(jù)氧化原理以這樣一種速率加到煙氣中，即氧化劑與來自同流換熱器的氣體中硼和/或氟的總流量的重量比至少為4，更為通常的是5-10倍(參見第5欄第17-24行)。然后使煙氣流過一個(gè)熔渣箱(slag box)以去除掉較大的顆粒，接著再穿過一床球狀批料從而將該球狀批料優(yōu)選預(yù)熱到約500℃(約932°F)。美國專利文獻(xiàn)US4,282,019公開了煅燒硬硼酸鈣石、減少污染并預(yù)熱球狀批料的方法，其中硬硼酸鈣石原料被引到超過約500℃(約932°F)的煙氣流中從而用煙氣中的揮發(fā)性硼和/或氟燒烤硬硼酸鈣石并與之進(jìn)行反應(yīng)，然后將氣體和硬硼酸鈣石流過一個(gè)旋風(fēng)分離器以分離并回收硬硼酸鈣石。分離后，氣體流過一個(gè)球團(tuán)預(yù)熱器，穿過球團(tuán)預(yù)熱器的氣體的溫度優(yōu)選超過500℃(約932°F)(參見第3欄第58-63行)。
還有，由于很難使排氣流流過一床粒料(如上所述)，因此這些方法并不十分適用于那些將非球形批料送入熔爐的系統(tǒng)。
人們一直在努力利用排氣流來預(yù)熱粒料。美國專利文獻(xiàn)US4,099,953公開了一種利用流化床預(yù)熱器來預(yù)熱玻璃批料組合物的初始物料。排氣從熔爐流入流化床以預(yù)熱其中的初始物料。采用一個(gè)高性能的過濾器來收集在流化床預(yù)熱器殘氣中夾帶的顆粒。美國專利文獻(xiàn)US4,349,367公開了一種利用顆粒狀熱交換介質(zhì)回收廢熱的方法，其中排氣流過第一床粒料以從中回收熱量，然后將加熱了的顆粒介質(zhì)流入一個(gè)第二床，并在其中預(yù)熱燃燒空氣。排氣流中的顆?？赏ㄟ^第一床的顆粒狀熱交換介質(zhì)來回收，或者在穿過第一床之前與碎玻璃原料接觸而過濾出來。然后將碎玻璃原料通入熔爐。然而，上面這些專利文獻(xiàn)沒有一篇提到從排氣流中回收揮發(fā)性污染物。
因此就需要一種減少并回收排氣流中各種揮發(fā)性組分特別是揮發(fā)性硼化物的有效方法，其可與粒狀批料的饋送系統(tǒng)一同使用并能降低系統(tǒng)的復(fù)雜性、降低批料成本、提高能量的利用率并增強(qiáng)袋式收塵室的操作性。
發(fā)明簡述本發(fā)明提供一種在形成粒狀玻璃批料組合物的同時(shí)減少排氣流中揮發(fā)性組分的方法，其包括以下步驟(a)將包含一種或多種揮發(fā)性組分的排氣流引到混合室中；(b)將一種粒狀玻璃批料前體組合物加到混合室中，其中該前體組合物包含至少一種試劑材料，其可與排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分中的至少一種進(jìn)行反應(yīng)；(c)混合室中，至少有一部分粒狀玻璃批料前體組合物與排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一部分進(jìn)行反應(yīng)從而形成一種粒狀玻璃批料組合物并減少排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的含量；(d)將粒狀玻璃批料組合物從排氣流中分離出來；以及(e)將揮發(fā)性組分減少的排氣流排到大氣。在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例中，至少有一種試劑材料是從下面這組物質(zhì)選自堿土化合物、堿金屬化合物、鋁的化合物、硅的化合物以及它們的混合物，并且試劑材料加入的量至少是五倍于混合室中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一種完全反應(yīng)時(shí)所必須的摩爾量。
本發(fā)明還提供一種在形成粒狀玻璃批料組合物的同時(shí)減少排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的方法，其包括以下步驟(a)將包含一種或多種揮發(fā)性組分的排氣流在最高約1400°F(約760℃)的溫度下引到混合室中；(b)將一種粒狀玻璃批料前體組合物和空氣加到混合室中，其中該前體組合物包含至少一種試劑材料，其可與排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一種進(jìn)行反應(yīng)，其中粒狀玻璃批料前體組合物中缺少排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一種可與試劑材料反應(yīng)的組分；(c)混合室中，至少有一部分粒狀玻璃批料前體組合物與排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一部分進(jìn)行反應(yīng)從而形成一種粒狀玻璃批料組合物并減少排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的含量。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種在形成粒狀玻璃批料組合物的同時(shí)減少排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的方法，其包括以下步驟(a)將包含一種或多種揮發(fā)性組分的排氣流引到混合室中；(b)將一種可與排氣流中揮發(fā)性組分反應(yīng)的試劑材料注入到到混合室中；(c)混合室中，至少有一部分試劑材料與排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一部分進(jìn)行反應(yīng)從而形成一種粒狀玻璃批料組合物并減少排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的含量；(d)將粒狀玻璃批料成形材料從排氣流中分離出來；以及(e)將粒狀玻璃批料與其它的粒狀玻璃批料成形材料混合以形成一種玻璃批料組合物。


圖1為本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方案的流程示意圖。
本發(fā)明方法還適用于各種玻璃制造操作，這包括但不限于連續(xù)式玻璃纖維制造操作、浮式玻璃制造操作、玻璃纖維絕緣制造操作以及本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的含硼玻璃組分的其它玻璃制造操作。
現(xiàn)在參見圖1，圖中說明了一個(gè)具有一個(gè)或多個(gè)排氣口12和一個(gè)或多個(gè)玻璃批料入口14的玻璃熔爐10。玻璃熔爐10可以是本領(lǐng)域中任何公知類型的玻璃熔爐例如直燃爐。如果玻璃熔爐10是直燃爐，那么燃料可是本領(lǐng)域中任何公知的燃料，比如天然氣或礦物燃料。在本發(fā)明一特定的非限定性的實(shí)施方案中，直燃爐中所用的燃?xì)鈨?yōu)選為氧(即所謂的“氧-燃料”爐)。以氧作燃料可降低氣流所需的速率、消除二氧化氮的排放并提高熔融效率。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都知道也可使用其它種類的燃?xì)馊缈諝狻?br> 盡管并非限定于本發(fā)明，但在一特定實(shí)施方案中，玻璃熔爐可以是一種纖維玻璃熔爐，纖維玻璃熔爐的產(chǎn)量優(yōu)選大于約1000磅/小時(shí)(約455千克/小時(shí))，更為優(yōu)選的是大于約2000磅/小時(shí)(約909千克/小時(shí))，當(dāng)然本發(fā)明也可采用更高產(chǎn)量的熔爐。適于本發(fā)明的纖維玻璃熔爐的更多信息請參見K.Loewenstein的The Manufacturing Technology ofContinuous Glass Fibers(1993年的第三版)第47-81頁，這里將其以參考的形式并入本申請。
參見圖1，玻璃熔爐10中含有熔融的玻璃批料成形材料所釋放出來的一種或多種揮發(fā)性組分的排氣流經(jīng)一個(gè)或多個(gè)排氣口12取出并流入管道16中。排氣流離開玻璃熔爐10的溫度以及排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的成分取決于所熔融的玻璃批料的組分。例如，如果熔融在玻璃熔爐10中的是“E型玻璃”批料組合物(這將在下面論述)，那么從中取出的排氣流的溫度約從2200°F到2500°F(即約從1204℃到1371℃)。盡管本發(fā)明并非限定于此，但熔融中從玻璃批料釋放出來一種或多種揮發(fā)性成分可包括含硼的化合物、含氟的化合物、含硫的化合物、含鋁的化合物、含硅的化合物以及它們的混合物。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還知道排氣流中還可包括來自燃?xì)獾膿]發(fā)性組分，例如但并非限定于二氧化硫，其能采用本發(fā)明所公開的方法從排氣流中去除出去。然而，我們還是希望排氣流中的揮發(fā)性組分主要是熔融過程中從玻璃批料的成形材料釋放出來的。
適用于本發(fā)明的玻璃批料組合物包括但并非限于形成纖維玻璃的組合物，如“E型玻璃”(其為優(yōu)選)、“A型玻璃”、“C型玻璃”、“D型玻璃”、“R型玻璃”、“S型玻璃”、玄武巖玻璃纖維和至多含有微量硼和/或氟的E型玻璃的衍生物。這里所用的“微量”是指氟少于1％重量并且硼少于5％重量。這些玻璃組合物和其它玻璃組合物的配方對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是公知的。如果需要更多的信息，可參見Loewenstein(1993年第三版)第30-36頁，這里將其作為參考并入本申請。
盡管并非必須，但可將本領(lǐng)域所公知的同流換熱器、熱交換器或其它的冷卻設(shè)備18(剖視圖)與玻璃熔爐10的一個(gè)或多個(gè)排氣口12相結(jié)合或與管道16相結(jié)合從而更快地冷卻從中排出的排氣流，并將排氣中損失的一些能量以熱能的形式回收。如果采用冷卻設(shè)備18，那么最優(yōu)選的是該冷卻設(shè)備在排氣流穿過其中時(shí)不會(huì)明顯地提高排氣流的濕度，即該冷卻設(shè)備18不是一個(gè)水淬(water quenching)冷卻設(shè)備，這是因?yàn)楦邼穸葧?huì)使腐蝕性液體在管道系統(tǒng)中凝結(jié)并形成粘性粒料(如HBO2)，其會(huì)阻塞管道系統(tǒng)并增加該系統(tǒng)的壓降。
參見圖1，管道16與混合室20相連。盡管并非必須，但混合室20優(yōu)選為旋風(fēng)-文丘里型混合室，其中引到混合室20中的排氣流以這樣一種方式輸送，從而使排氣流貼著混合室20的壁流動(dòng)以形成一個(gè)旋渦，粒狀玻璃批料前體組合物(下面再論述)可輸送到該旋渦中。然而，根據(jù)本發(fā)明也可采用其它類型的、能充分混合排氣流和粒狀玻璃批料前體組合物的混合室。
進(jìn)入混合室20的排氣流所需的溫度取決于排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的成分和粒狀玻璃批料前體組合物中與揮發(fā)性組分反應(yīng)的試劑材料(其將在下面論述)。例如(但本發(fā)明并非限定于此)，如果進(jìn)到混合室的排氣流中含有揮發(fā)性硼化物，并且試劑材料為碳酸鈣，那么進(jìn)到混合室20的排氣流的溫度優(yōu)選不超過約800°F(約427℃)，并且優(yōu)選在約700°F到約800°F(即約從371℃到427℃)的范圍內(nèi)，從而能夠促進(jìn)硼和含鈣化合物之間的反應(yīng)。盡管并非必須，但進(jìn)到混合室20的排氣流的溫度優(yōu)選不超過約1400°F(約760℃)，更為優(yōu)選的是不超過約900°F(約482℃)，最為優(yōu)選的是不超過約800°F(約427℃)。
混合室20中所需的溫降以及排氣流的出口溫度取決于準(zhǔn)備從試劑材料和排氣流中去除的揮發(fā)物。更具體地，混合室20中的溫度優(yōu)選在所需揮發(fā)物能與試劑材料反應(yīng)的溫度范圍內(nèi)下降。例如(但本發(fā)明并非限定于此)，在一實(shí)施方案中，混合室20中排氣流的溫度可降到約400°F(約204℃)之下，優(yōu)選降到約220°F(約104℃)之下。這樣可確?；旌鲜?0中硫與試劑材料的反應(yīng)。
顯然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都知道排氣流中揮發(fā)物的去除效率取決于混合室20中試劑材料與揮發(fā)性化合物之間的反應(yīng)得如何。該反應(yīng)反過來又受到混合室20中排氣流與粒狀玻璃批料前體組合物的混合情況、混合室20中的溫度、反應(yīng)時(shí)間等條件的影響。如果排氣流與粒狀玻璃批料前體組合物的混合不充分、混合室20內(nèi)的滯留時(shí)間太短并且混合室20內(nèi)的溫度無法提供最佳的反應(yīng)條件，這些都將使去除效率降低。
繼續(xù)參見圖1，一粒料輸送系統(tǒng)22同樣也與混合室20相連。輸送系統(tǒng)22將粒狀玻璃批料前體組合物即還未反應(yīng)的批料送到混合室20中并與排氣流混合。盡管并非必須，但輸送系統(tǒng)22優(yōu)選是一種稀相氣動(dòng)輸送型輸送系統(tǒng)，該系統(tǒng)中，粒狀玻璃批料前體材料與稀釋空氣一起注入到混合室20中從而更好地與排氣流混合并進(jìn)一步促進(jìn)混合流的冷卻。在本發(fā)明一特定的非限定性實(shí)施方案中，粒狀玻璃批料前體材料和稀釋空氣優(yōu)選以不超過約150°F(約66℃)，更為優(yōu)選是在約95°F(約35℃)，最為優(yōu)選是約在65°F到95°F(約18℃到約35℃)的溫度下注入到混合室20中從而將排氣流有效地冷卻到所需溫度。盡管不是優(yōu)選，但本領(lǐng)域所公知的其它類型的材料輸送系統(tǒng)如機(jī)械式注射器或機(jī)械式螺桿送料器都可用于本發(fā)明。
本發(fā)明中，注入到混合室20中的粒狀玻璃批料前體組合物優(yōu)于球狀或其它的塊狀材料，這是因?yàn)榱Ａ暇哂懈叩谋砻娣e，一般更容易與排氣流中的揮發(fā)物反應(yīng)。此外，粒料比起球料來能夠和排氣流更均勻地混合并且需要的加工過程更少(即，可減少系統(tǒng)的復(fù)雜性)。盡管并非必須，但在本發(fā)明一個(gè)特定的非限定性實(shí)施方案中，粒狀玻璃批料前體組合物優(yōu)選至少約有90％，更為優(yōu)選的是至少約有95％的粒料的平均顆粒尺寸小于325目(約44.5微米)。
注入到混合室20中的粒狀玻璃批料前體組合物包括一種或多種所需的粒狀玻璃原料以生產(chǎn)出所需的玻璃組分。優(yōu)選的是，至少有一種玻璃批料是一種試劑材料，即其可與排氣流中至少一種揮發(fā)性組分反應(yīng)。這里所用的措詞“可與排氣流中至少一種揮發(fā)性組分反應(yīng)”是指排氣流中的揮發(fā)性組分可吸附、凝結(jié)在試劑材料上，或與試劑材料化學(xué)反應(yīng)形成一種載有污染物的粒料。一般來說，玻璃批料包括礦石、粘土、沙子和碎玻璃(如壓碎的玻璃或磨碎的玻璃)。作為這種材料的非限定實(shí)例可參見Loewenstein(1993年第三版)第36-44頁，這里將其作為參考并入本申請。盡管并非必須，但在本發(fā)明的一個(gè)非限定性實(shí)施方案中，至少有一種試劑材料優(yōu)選為至少包括約10％，更為優(yōu)選是至少包括約20％，最為優(yōu)選是至少包括約25％重量的粒狀玻璃批料前體組合物。
粒狀玻璃批料前體組合物中的實(shí)際材料取決于所生產(chǎn)的玻璃的類型、排氣流中揮發(fā)性組分的含量和種類以及試劑材料的反應(yīng)性。例如，如果所需的最終玻璃組分是一種E玻璃纖維的組分，那么粒狀玻璃批料前體組合物可包括含有或可分解出或可形成二氧化硅、氧化鋁、氧化硼、氧化鎂、氧化鈣、氧化鈉、氧化鉀、氧化鐵和氟的粒狀玻璃批料。顯然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都知道這里的E型玻璃纖維組合物的范圍，包括那些不含硼和/或氟的組合物，并且上述的組合物是為了清楚起見而并非用來限定本發(fā)明。
盡管本發(fā)明并非限定于此，但粒狀玻璃批料前體組合物中優(yōu)選缺少排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一種揮發(fā)性組分，并且至少有一種試劑材料可與這種組分反應(yīng)。這里所用的術(shù)語“缺少”是指粒狀玻璃批料前體組合物所含的揮發(fā)性組分的量少于排氣流中所希望存在的、試劑材料可與之反應(yīng)的、通常包含在玻璃批料中的量。例如，如果排氣流中的一種或多種揮發(fā)性組分包括硼和氟，并且試劑材料可與氟反應(yīng)而不能與硼的反應(yīng)，那么粒狀玻璃批料前體組合物中應(yīng)缺少含氟的玻璃批料，但應(yīng)有足夠的玻璃批料來提供最終玻璃批料組合物中所需的硼。同樣，當(dāng)排氣流中的一種或多種揮發(fā)性組分包括硼和氟，并且試劑材料可與硼和氟反應(yīng)，那么粒狀玻璃批料前體組合物中應(yīng)優(yōu)選缺少含硼和氟的玻璃批料。通過將試劑材料和粒狀玻璃批料前體組合物在混合室中結(jié)合起來，其中批料前體組合物至少缺少一種可與試劑材料反應(yīng)的揮發(fā)性組分并且至少有一部分試劑材料和排氣流中至少一部分揮發(fā)性組分進(jìn)行反應(yīng)，可在原位處形成具有所需最終批料組合物的玻璃批料組合物，排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的量也同時(shí)減少。
典型的幾例非限定性的粒狀玻璃原料同樣也是用于氟、硼和/或硫的試劑材料，其包括堿土化合物、堿金屬化合物、鋁化物、硅化物和它們的混合物。非限定性的幾例堿土化合物包括含鈣的化合物、含鎂的化合物及它們的混合物。非限定性的幾例含鈣化物包括碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣及它們的混合物。非限定性的幾例堿金屬化合物包括含鈉化合物、含鉀化合物及它們的混合物。非限定性的幾例含鈉化合物包括碳酸鈉、氫氧化鈉及它們的混合物。
顯然，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都知道注入到混合室20的前體組合物的量取決于許多因素，如玻璃熔爐的生產(chǎn)速率、排氣流的速度和流量、排氣流中揮發(fā)性組分的種類和量、粒狀玻璃批料組合物中試劑材料的量以及試劑材料的反應(yīng)性。盡管本發(fā)明并非限于此，但在一個(gè)實(shí)施方案中，注入到混合室20中的粒狀玻璃批料組合物優(yōu)選為至少是五倍于試劑材料與排氣流中要去除的揮發(fā)性組分完全反應(yīng)時(shí)所必須的化學(xué)計(jì)量的摩爾量，更為優(yōu)選是10倍于該化學(xué)計(jì)量的摩爾量，最為優(yōu)選的是20倍于該化學(xué)計(jì)量的摩爾量。這里所用的“化學(xué)計(jì)量的摩爾量”是指與排氣流中希望去除的那些摩爾的揮發(fā)性組分反應(yīng)時(shí)所需試劑材料的摩爾數(shù)。例如，當(dāng)采用碳酸鈣(CaCO3)作為試劑材料同時(shí)與之反應(yīng)的揮發(fā)性組分是以氫氟酸(HF)形式存在的氟時(shí)，與氫氟酸完全反應(yīng)所需的碳酸鈣的摩爾量由下式給出公式1這里，與2摩爾氫氟酸反應(yīng)時(shí)需要1摩爾的碳酸鈣。因此至少10倍于碳酸鈣的化學(xué)計(jì)量的摩爾數(shù)就意味著每2摩爾氫氟酸所需要10摩爾的碳酸鈣。這種計(jì)算對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是公知的，因此從本發(fā)明角度來看沒有必要對此進(jìn)行更多的討論。盡管如上所述采用過量試劑材料并不受任何特定理論的限制，但可以相信足量的試劑材料可使排氣流中的揮發(fā)性組分減少到所需的程度。此外，采用過量的試劑材料可使混合室中連續(xù)形成的玻璃批料組合物具有始終如一的組成。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都知道除了受玻璃熔爐產(chǎn)量和所需最終玻璃批料組合物的限制之外，注入到混合室20中的試劑材料的超過化學(xué)計(jì)量摩爾數(shù)的程度并沒有什么實(shí)際的上限。
再回到圖1，一種或多種揮發(fā)性組分減少后的排氣流和混合室20中形成的玻璃批料組合物從混合室20經(jīng)第二管道24取出并引到過濾裝置26中。管道24還可使排氣在引入過濾裝置26之前對其進(jìn)行額外地混合、反應(yīng)和冷卻。盡管并非必須，但是如果需要，可在排氣流和玻璃批料流過管道24時(shí)將額外的稀釋空氣加到其中以進(jìn)一步冷卻。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都知道管道24中所需的額外冷卻的量部分取決于排氣流中剩余的揮發(fā)性組分。例如，如果排氣流中還含有額外的揮發(fā)性硼化物如H3BO3，那么最好將排氣流在管道中冷卻到約150°F(約68℃)或更低從而促進(jìn)HBO2從排氣流中升華出來。
盡管本發(fā)明并非限定于此，但在一實(shí)施方案中排氣流和玻璃批料在引入過濾裝置26時(shí)的溫度優(yōu)選不大于約135℃(約275°F)從而可采用低成本的過濾裝置如聚脂過濾袋。該溫度更為優(yōu)選的是約從65℃到121℃(約150°F到250°F)。然而，如果能夠允許更高的運(yùn)行溫度，那么排氣流和原料的溫度可以更高。
在本發(fā)明另一非限定性實(shí)施方案中，排氣流和批料在穿過第二管道24時(shí)，不在其中有意地加入稀釋空氣，這時(shí)排氣流和玻璃批料在引入過濾裝置26時(shí)的溫度約在104℃到121℃(約220°F到250°F)之間。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中，由于沒將稀釋空氣加到管道24中，過濾裝置26的尺寸可設(shè)計(jì)到最小，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。
過濾裝置26可以是本領(lǐng)域中任何一種公知的類型。適于本發(fā)明的幾例非限定性的過濾裝置包括靜電過濾器、纖維玻璃過濾器以及布袋過濾器。盡管本發(fā)明并非限定于此，但在一實(shí)施方案中過濾器優(yōu)選是一種本領(lǐng)域公知的脈沖噴射式袋式過濾器。在本發(fā)明另一非限定性實(shí)施方案中，過濾裝置優(yōu)選是一種帶有聚四氟乙烯膜(其可為美國Kansas City的BHA公司的產(chǎn)品BHA-Tex從市場買到)的聚脂紡粘折疊式過濾元件(spunbond polyester pleated filter element)。
參見圖1，在過濾裝置26中批料從排氣流中分離出來，一種或多種揮發(fā)性組分的含量減少后的排氣流從通風(fēng)孔28排到大氣中。在本發(fā)明的一實(shí)施方案中，經(jīng)通風(fēng)孔28排放出去的排氣流在排放到大氣時(shí)具有的混濁度不超過大約20％，其更為優(yōu)選的是不超過大約5％，最為優(yōu)選的是0％。正如前面的討論的那樣，排放到大氣的排氣流的混濁度取決于所去除的揮發(fā)物的種類以及這種去除的效率。
如圖1所示，經(jīng)過濾裝置26從排氣流中分離出來的粒狀玻璃批料組合物由收集室30收集。盡管并非必須，但收集室30可包括一個(gè)混合設(shè)備(圖中未示出)從而使粒狀玻璃批料組合物更加均勻。然后將玻璃批料組合物輸送到所需的位置。例如，但本發(fā)明并不限于此，玻璃批料組合物可經(jīng)一個(gè)玻璃批料進(jìn)給系統(tǒng)32輸送并直接給入玻璃熔爐10，其中該玻璃批料進(jìn)給系統(tǒng)32與收集室30以及玻璃熔爐10的一個(gè)或多個(gè)玻璃批料入口14互連。作為選擇，玻璃批料組合物可再循環(huán)到一個(gè)存貯區(qū)或送到不同的玻璃熔爐。可進(jìn)一步想到的是，根據(jù)收集室30輸送的玻璃批料組合物的量的不同，批料進(jìn)給系統(tǒng)32可將組分完全供給玻璃熔爐10，也可與一個(gè)與玻璃熔爐10的一個(gè)或多個(gè)玻璃批料入口14相連的第二批料輸送系統(tǒng)(圖1中未示出)一起根據(jù)需要將多余的玻璃批料形成材料提供給玻璃熔爐10。當(dāng)粒狀玻璃批料組合物直接送入玻璃熔爐10時(shí)，其溫度部分取決于過濾裝置26的操作溫度。盡管本發(fā)明并非限定于此，但在一實(shí)施方案中，粒狀玻璃批料組合物在約150°F到約250°F(約65℃到約121℃)之間送到玻璃熔爐10中。顯然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都清楚本發(fā)明還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)即粒狀玻璃批料組合物在引入玻璃熔爐10之間被預(yù)熱。
盡管上述討論是以單個(gè)熔爐、混合室和過濾裝置的形式進(jìn)行的，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都清楚本發(fā)明也可采用多個(gè)熔爐、混合室和/或過濾裝置。例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，可通過一根或多根管道將多個(gè)玻璃熔爐連接到一個(gè)混合室上。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，可通過一根或多根管道將多個(gè)玻璃熔爐連接到一個(gè)或多個(gè)混合室和一個(gè)過濾裝置上。
現(xiàn)在在總體上對本發(fā)明的形成粒狀玻璃批料組合物的同時(shí)減少排氣流中揮發(fā)性組分的方法進(jìn)行論述。將包含一種或多種揮發(fā)性組分的排氣流在低于約1400°F(約760℃)的溫度下引到混合室20中；將一種粒狀玻璃批料前體組合物加到混合室20，其中該前體組合物至少包括一種試劑材料，該試劑材料可與排氣流中的至少一種揮發(fā)性組分進(jìn)行反應(yīng)，然后將空氣注入到混合室20中。粒狀玻璃批料前體組合物中優(yōu)選至少缺少排氣流中的一種揮發(fā)性組分，這種組分可與試劑材料反應(yīng)；然后在混合室20中，至少有一部分粒狀玻璃批料前體組合物與排氣流中至少一部分揮發(fā)性組分進(jìn)行反應(yīng)從而形成一種粒狀玻璃批料組合物并減少排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的含量。
還可以想到的是排氣流可以僅暴露于所選擇的試劑材料以去除揮發(fā)性組分，這之后將材料加到其它批料中。更為特別的是，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，將包含一種或多種揮發(fā)性組分的排氣流引到混合室中并與同樣注入到混合室中的試劑材料反應(yīng)以形成所選擇的粒狀玻璃批料。然后將這種粒狀玻璃原料從排氣流中分離出來并與其它的粒狀玻璃批料混合以形成一種用于所需玻璃組分的粒狀玻璃批料組合物，同時(shí)將一種或多種揮發(fā)性組分減少了的排氣流排到大氣。然后將玻璃批料組合物輸送到前面所討論的位置上。例如，如果排氣流中待除去的特定揮發(fā)性組分是含硼、氟或硫的化合物，那么加到混合室的試劑材料可以是一種含鈣或含鈉的化合物。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都清楚在不脫離本發(fā)明發(fā)明構(gòu)思的基礎(chǔ)上還可對上述的實(shí)施方案做出修改。因此，本發(fā)明顯然并不限于所公開的特定實(shí)施方案而應(yīng)含蓋本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有修改，其保護(hù)范圍由權(quán)利要求書確定。
權(quán)利要求
1.一種在形成粒狀玻璃批料組合物的同時(shí)減少排氣流中揮發(fā)性組分的方法，其包括以下步驟(a)將包含一種或多種揮發(fā)性組分的排氣流引到混合室中；(b)將一種粒狀玻璃批料前體組合物加到混合室中，其中該前體組合物至少包括一種試劑材料，該試劑材料能與排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一種進(jìn)行反應(yīng)；(c)混合室中，至少有一部分粒狀玻璃批料前體組合物與排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一部分進(jìn)行反應(yīng)從而形成一種粒狀玻璃批料組合物并減少排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的含量；(d)將粒狀玻璃批料組合物從排氣流中分離出來；以及(e)將揮發(fā)性組分減少后的排氣流排到大氣。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中排氣流中的一種或多種揮發(fā)性組分從下面一組物質(zhì)中選取含硼的化合物、含氟的化合物、含硫的化合物以及它們的混合物。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中的排氣流在不超過約1400°F(約760℃)的溫度下引到混合室中。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中的排氣流在不超過約900°F(約482℃)的溫度下引到混合室中。
5.如權(quán)利要求3的方法，其中至少有一種試劑材料從下面這組物質(zhì)中選取堿土化合物、堿金屬化合物、鋁的化合物、硅的化合物以及它們的混合物；并且試劑材料加入的量至少是五倍于混合室中與一種或多種揮發(fā)性組分的至少一種完全反應(yīng)時(shí)所必須的化學(xué)計(jì)量摩爾量。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中排氣流在混合室中的溫度減少到約400°F或更低。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中的至少一種試劑材料包含至少約10％重量的粒狀玻璃批料前體組合物。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中的至少一種試劑材料包含至少約20％重量的粒狀玻璃批料前體組合物。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中至少有一種試劑材料從下面一組物質(zhì)中選取堿土化合物、堿金屬化合物、鋁的化合物、硅的化合物以及它們的混合物。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中的至少一種試劑材料從下面一組堿土化合物中選取含鈣的化合物、含鎂的化合物以及它們的混合物。
11.如權(quán)利要求10的方法，其中的至少一種試劑材料從下面一組含鈣化合物中選取碳酸鈣、氫氧化鈣、氧化鈣以及它們的混合物。
12.如權(quán)利要求9的方法，其中的至少一種試劑材料從下面一組堿金屬化合物中選取含鈉化合物、含鉀化合物以及它們的混合物。
13.如權(quán)利要求12的方法，其中的至少一種試劑材料從下面一組含鈉化合物中選取碳酸鈉、氫氧化鈉及它們的混合物。
14.如權(quán)利要求1的方法，其中粒狀玻璃批料前體組合物注入到混合室中，從而提供一定量的至少一種試劑材料，該試劑材料的量至少五倍于與混合室中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一種完全反應(yīng)時(shí)所必須的化學(xué)計(jì)量摩爾量。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中粒狀玻璃批料前體組合物注入到混合室中，從而提供一定量的至少一種試劑材料，該試劑材料的量至少十倍于與混合室中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一種完全反應(yīng)時(shí)所必須的化學(xué)計(jì)量摩爾量。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中粒狀玻璃批料前體組合物注入到混合室中，從而提供一定量的至少一種試劑材料，該試劑材料的量至少二十倍于與混合室中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一種完全反應(yīng)時(shí)所必須的化學(xué)計(jì)量摩爾量。
17.如權(quán)利要求1的方法，其中的分離步驟是在約150°F到約250°F(約65℃到約121℃)之間進(jìn)行的。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中的分離步驟是在約220°F到約250°F(約104℃到約121℃)之間進(jìn)行的。
19.如權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括將粒狀玻璃批料組合物送入玻璃熔爐的步驟。
20.如權(quán)利要求19的方法，其中的玻璃批料組合物在送入步驟的過程中的溫度為約150°F到約250°F(約65℃到約121℃)之間。
21.如權(quán)利要求1的方法，其中揮發(fā)性組分減少了的排氣流在排放步驟的混濁度不超過約20％。
22.如權(quán)利要求21的方法，其中揮發(fā)性組分減少了的排氣流在排放步驟的混濁度不超過約5％。
23.如權(quán)利要求22的方法，其中揮發(fā)性組分減少了的排氣流在排放步驟的混濁度為0％。
24.如權(quán)利要求1的方法，其中加入步驟包括將粒狀玻璃批料前體組合物與空氣注入到混合室的步驟。
25.如權(quán)利要求1的方法，其中粒狀玻璃批料前體組合物中缺少排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一種組分，這種組分可與試劑材料反應(yīng)。
26.一種在形成粒狀玻璃批料組合物的同時(shí)減少排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的方法，其包括以下步驟(a)將包含一種或多種揮發(fā)性組分的排氣流在最高約1400°F(約760℃)的溫度下引到混合室中；(b)將一種粒狀玻璃批料前體組合物和空氣加到混合室中，其中該前體組合物包括至少一種試劑材料，該試劑材料能與排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一種進(jìn)行反應(yīng)，其中粒狀玻璃批料前體組合物中缺少排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一種組分，這種組分可與試劑材料反應(yīng)；(c)混合室中，至少有一部分粒狀玻璃批料前體組合物與排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一部分進(jìn)行反應(yīng)從而形成一種粒狀玻璃批料組合物并減少排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的含量。
27.一種在形成粒狀玻璃批料組合物的同時(shí)減少排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的方法，其包括以下步驟(a)將包含一種或多種揮發(fā)性組分的排氣流引到混合室中；(b)將一種可與排氣流中的揮發(fā)性組分反應(yīng)的試劑材料注入到到混合室中；(c)混合室中，至少有一部分試劑材料與排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一部分進(jìn)行反應(yīng)從而形成一種粒狀玻璃批料組合物并減少排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的含量；(d)將粒狀玻璃批料成形材料從排氣流中分離出來；以及將粒狀玻璃批料與其它的粒狀玻璃批料形成材料混合以形成一種玻璃批料組合物。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在形成粒狀玻璃批料組合物的同時(shí)減少排氣流中揮發(fā)性組分的方法,其包括以下步驟:(a)將包含一種或多種揮發(fā)性組分的排氣流引到混合室中;(b)將一種粒狀玻璃批料前體組合物加到混合室中,其中該前體組合物包括至少一種試劑材料,其可與排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一種進(jìn)行反應(yīng);(c)混合室中,至少有一部分粒狀玻璃批料前體組合物與排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的至少一部分進(jìn)行反應(yīng)從而形成一種粒狀玻璃批料組合物并減少排氣流中一種或多種揮發(fā)性組分的含量;(d)將粒狀玻璃批料組合物從排氣流中分離出來;以及(e)將含有更少揮發(fā)性組分的排氣流排到大氣。
文檔編號C03B3/00GK1367765SQ00811069
公開日2002年9月4日 申請日期2000年6月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月13日
發(fā)明者W·H·利爾 申請人:Ppg工業(yè)俄亥俄公司