CN1285809A - 玻璃生产系统废气流中含锗颗粒的捕集 - Google Patents

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Abstract

从玻璃生产系统(12)的废气流回路(L)中,通过排气扇(16)在过滤系统中捕集包括含锗颗粒(如二氧化锗(GeO2))的颗粒材料,所述过滤系统使用袋滤室(18),它由多个袋滤室单元(20)组成,所述单元含有滤袋(21),所述滤袋是PTFE(聚四氟乙烯)滤膜支承在PTFE织物背村上并用SiO2供给系统(30)提供的SiO2进行预涂覆。用相连的收集系统收集从过滤系统中出来的被捕集的颗粒材料,所述收集系统包括涤气扇(22)和涤气系统(24),然后废气经废气烟道(26)离开设备(10)。对由气相淀积车床(14)和(28)组成的生产系统(12)所生产的玻璃,要选择得使从过滤系统中收集的颗粒材料中锗的浓度至少约为2%(重量)。

Description

玻璃生产系统废气流中含锗颗粒的捕集
发明的背景
发明领域
本发明涉及含锗玻璃的生产。本发明更具体是有关改进的玻璃生产设备和操作方法，其中采用一个过滤系统对玻璃生产过程的废气流加以过滤，以便以进行锗回收的浓度收集含锗颗粒。
发明背景
在生产用于多种先进光学制品(如光纤)的含锗玻璃时，会产生二氧化锗(GeO2)颗粒、二氧化硅(SiO2)颗粒、盐酸(HCl)烟雾和水蒸气这些副产物。这些副产物排放至一个治理污染的系统，在该系统中GeO2和SiO2颗粒被从废气流中捕集下来用于进行掩埋处理。
图1是生产含锗玻璃的常规玻璃生产设备10的基本方框图。该设备包括含多个车床(lathes)14的玻璃生产系统12，这些车床用称为火焰水解的方法生产GeO2掺杂的二氧化硅玻璃体，该玻璃体通常称为坯料或预成型体。上述副产物就是这一过程的反应产物。
在车床14中，作为原料的气相SiCl4和GeCl4以取决于二氧化硅玻璃坯料所需组成精确控制的用量通过特别设计的甲烷燃烧器。在燃烧器的供热条件下SiCl4和GeCl4与氧气反应，形成SiO2和GeO2的微小颗粒即“烟灰”。一部分颗粒沉积在一个旋转心轴的外周表面上(被称为外部气相淀积即OVD的技术)，形成玻璃坯料。过量的烟灰则排出车床。
这多个车床14的各排气口与一专用环路L相连，该环路L通过环路排气扇16将废气抽吸出车床。该排气扇使废气流流入袋滤室18，该袋滤室包括多个袋滤室单元(baghouse modules)20(图中示出4个)，用于从废气流中过滤出SiO2和GeO2颗粒。在经过袋滤室18过滤之后，一部分废气流再循环经过环路并与预热的补充空气混合。废气流的非循环部分通过涤气扇22送入涤气系统24，然后经排气烟道26排出。涤气系统24用弱酸或软水对从袋滤室中出来的经过滤的废气流进行洗涤，除去气相氯化物组分，包括HCl、SiCl4和GeCl4，确保排气烟道中的排出物符合环境要求。
在生产系统12的常规操作中，按照客户需求在各个车床上生产不同类型的坯料。在任一给定的时间，车床14中一些车床可在低浓度锗的条件下运行，另一些可在高浓度锗的条件下运行，还有一些可在中等浓度锗的条件下运行。各坯料之间的GeO2含量可以不同，相差可达大约13-14％(重量)，甚至更多。因此可以预料，送入袋滤室系统的废气流中GeO2浓度差异很大，取决于在给定时间所生产坯料的具体组成情况。
顺便说一下，应该认识到前述的车床14的生产过程只是例举性的。正如本领域技术人员熟知的那样，火焰水解方法可以用上述物质以外的物质来实施。而烟灰淀积又可以用其它技术来完成，如改进的化学气相淀积(MCVD)(其中烟灰淀积在旋转中空心轴的内周表面)和气相轴向淀积(VAD)(其中烟灰淀积在旋转棒的轴向端部)。事实上，如图1所示，玻璃生产系统12还包括另一些车床28，它们生产无锗二氧化硅玻璃的坯料，这些车床也连接在环路L上。
从车床14出来的SiO2颗粒和GeO2颗粒副产物的粒度范围通常分别为0.5-1微米和0.05-0.5微米。为了捕集这些颗粒和从车床28出来的颗粒，袋滤室单元20使用预涂覆(预负载)以SiO2颗粒的丙烯酸类滤袋21。从车床排出的废气流流经这些预涂覆的滤袋，该滤袋能捕集基本上所有夹带在废气流中的颗粒材料。每个袋滤室单元都要定时地从生产线上取下，与环路L隔离，以便进行清洗过程。在清洗过程中，用一机械震动系统(图中未示出)对从生产线上取下来的袋滤室单元的滤袋进行震动，除去从废气流捕集的积累的粒状材料。然后，用来自与袋滤室相连的供给系统30的SiO2对经过清洗的滤袋进行再涂覆，此后将其装回到生产线上。
清洗过程中从滤袋中除去的材料收集后，用合适的手段进行掩埋。但对从滤袋收集到的粒状混合物进行掩埋，这会显著浪费成本很高的锗。
从颗粒GeO2中回收锗的技术是有的，可通过商业途径获得。但是，在使用预涂覆袋按照上述操作的常规设备中，在袋滤室收集到的材料中，锗的浓度太低，难以进行在成本上合算的回收。实际上，通常要求的最低浓度是2％(重量)锗。
发明的概述
根据本发明，发现通过恰当地修改生产设备的结构和操作，能够将迄今为止浪费掉的锗的大部分收集起来，其浓度足以允许进行成本上合算的回收。具体而言，发现通过改进袋滤室，使用PTFE(聚四氟乙烯)滤膜支承在PTFE背衬织物上的滤袋，以及通过与袋滤室相连的玻璃生产系统专门生产具有足够锗浓度的坯料，就能够从袋滤室中获得满足或超过上述2％含量的颗粒混合物。例如，在本发明的一个较佳方案中(下文会详细说明)，生产系统由主要用于生产制备多模光纤用坯料的车床组成。
简单地来说，根据本发明一个较宽的方面，本发明提供一种玻璃生产设备，它包括玻璃生产系统和废气过滤系统，所述玻璃生产系统提供夹带有颗粒材料(包括含锗颗粒)的废气流，所述废气过滤系统装有由PTFE织物材料支承的PTFE膜过滤材料，所述废气过滤系统与所述玻璃生产系统相连，用来接受废气流并捕集颗粒材料。该设备还包括与所述废气过滤系统相连的收集系统，用来接受从废气过滤系统中出来的被捕集颗粒材料。所述玻璃生产系统生产选定的玻璃，使得所述收集系统收集到的颗粒材料中锗的浓度至少约为2％(重量)。
与上述相关，本发明还提供一种玻璃生产设备的操作方法，该方法包括用玻璃生产系统生产玻璃，得到夹带有包括含锗颗粒的颗粒材料的废气流，用废气过滤系统过滤废气流，所述废气过滤系统装有由PTFE织物材料支承的PTFE膜过滤材料，用来捕集颗粒材料，用收集系统收集从所述废气过滤系统中出来的被捕集颗粒材料。如上所述，选择玻璃使得所述收集系统收集到的颗粒材料中锗的浓度至少约为2％(重量)。
附图的简要说明
下文将结合附图进行详细说明，就能更好地理解本发明的上述方面和其它方面。
图1是用于生产含锗玻璃的常规玻璃生产设备方框图；
图2是本发明玻璃生产设备的方框图。
较佳实施方案的说明
图2示出了本发明的玻璃生产设备10’。该设备的基本布局与图1所示的设备10相似，不同的是没有为袋滤室18’装有SiO2供给系统。除此之外，与常规设备的主要不同点是涉及袋滤室18’和玻璃生产系统12’。下文将说明这些不同点。在下文中还将说明用于袋滤室的颗粒收集系统设计为能以适当的形式对颗粒进行包装，以便运送至提供锗回收服务厂家。
图2设备中的袋滤室18’对前述的常规袋滤室作了改进，其中用过滤用的PTFE叠压层构成的袋21’代替标准的预涂覆的丙烯酸类滤袋。具体地说，叠压层材料包含，泡沫PTFE(expanded PTFE)滤膜(如厚度为0.01英寸)粘合在起支承作用的PTFE背衬织物上。这种叠压层材料可以购自W.L.Gore＆Associates，Inc.，Elkton，Maryland，其商标为GORETEX。该材料发现具有优良的耐高温、耐环路L’中酸性环境的性能，并能以令人满意的效率捕集在上述粒度范围内的烟灰颗粒，如SiO2和GeO2。
为使PTFE过滤叠压袋的清洗效果更好，可能需要增加清洗过程中施加在滤袋上的清洗能量。这可以通过用装在袋滤室单元中的机械震荡系统调节施加在滤袋上的震动幅度和频率来完成。还可以将声音喇叭安装在袋滤室单元中以提高施加在滤袋上的清洗能量。
因为PTFE叠压袋无需SiO2预涂层，所以可以显著地降低从袋滤室收集的颗粒材料中SiO2的浓度，由此有效地提高其中GeO2的浓度，因此提高了锗浓度。为了进一步提高收集到材料中GeO2的浓度，将常规的玻璃生产系统改进为其所有的车床都专用于生产GeO2掺杂二氧化硅玻璃坯料的系统12’。
较好是对车床14’上生产的一种或多种玻璃进行选择，使得来自车床的废气流中有足量的GeO2，使袋滤室收集的材料中锗的浓度至少为2％，便于进行锗的回收。然而，在有些应用中稍低的浓度也是可以接受的。排出车床废气流中的GeO2的浓度可能变化，只要在一段适当时间(如两次清洗过程的时间间隔)内的平均浓度能使从袋滤室收集的颗粒中得到所需浓度的锗。
与袋滤室有关的另一个改进涉及所谓的空气织物比(air-to-clothratio)，这是指流经袋滤室的标称体积空气流量(实际立方英尺／分钟)与袋滤室中整个在线过滤织物面积(平方英尺)之比。已经确定，在本发明的使用环境中，PTFE叠压袋所承受的空气织物比不如常规预涂覆的滤袋那么高。这一因素在整个设备的设计中应加以考虑，因为例如当某一个袋滤室单元在其清洗或停用期间被取下生产线时，留在生产线上操作的那些袋滤室单元的空气织物比就会相应地增加。换句话说，留下的袋滤室单元承担了取下生产线的袋滤室单元的负荷。
总的来说，PTFE叠压袋不应在空气织物比超过1.1的情况下连续进行操作。在高于此比值条件下连续进行操作会导致PTFE膜过度磨损，和／或颗粒在袋材料上过度结块以致难以充分清洗。
因此，正常操作(所有袋滤室单元都在生产线上)的空气织物比的设定最好是使得当袋滤室单元个别离线时，留下的袋滤室单元的空气织物比不超过1.1。更好的是，该设定应使得留下袋滤室单元的空气织物比不超过0.9。袋滤室的容量和／或与袋滤室相连的车床的数目可以按照需要来确定，以得到合适的空气织物比。
再看图2，袋滤室颗粒收集系统包括一个料仓(silo)32，它通过一个气动输送系统34与位于各个袋滤室单元底部的料斗相连。气动输送系统将清洗过程中从PTFE滤袋中除去的颗粒材料输送到料仓进行收集。颗粒材料由料仓喂入混合器36，在其中颗粒材料与来自喷水器的水混合而致密化，然后落入散料袋(bulk bag)中，以便运送至提供锗回收服务的厂家(以GeCl4形式进行回收)。喷水器只提供足以使颗粒致密但并不形成硬块用量的水，形成硬块是回收时所不希望的。因此，致密的材料基本上呈干燥状。
实施例
如图2所示的玻璃生产设备按照以下参数构造和操作：
车床：6个车床运行生产GeO2掺杂的二氧化硅玻璃坯料，大部分坯料用于多模光纤，其余坯料用作色散位移光纤(dispersion-shifted opticalfiber)。
袋滤室结构：
袋滤室单元数目-4个(结构相同)
袋材料-GORETEX PTFE叠压层(膜厚0.01英寸)
袋尺寸-直径5英寸，长14英尺
清洗时间间隔-每隔10-18个小时，取决于生产条件(每个袋滤
室单元的总震动时间为7分钟)
袋(织物)总面积-20，888平方英尺
气流温度／袋滤室入口温度：190°F
环路标称体积流量(于190°F)：10，500 scfm；12，877 acfm
允许的环路温度范围：140-250°F(露点130°F)
空气织物比：
所有在线袋滤室单元-0.57(于140 °F)至0.67(于250°F)
一个离线袋滤室单元-0.76(于140°F)至0.90(于250°F)
混合器输出物(每400磅颗粒批料，以干重计)中所收集颗粒的GeO2浓度：2.7-6.7％(重量)，取决于玻璃生产混合物。
当然，应该理解上述本发明的较佳方案只是例举性的，在权利要求书限定的本发明范围内可以有多种实施方案。

Claims (20)

1．一种玻璃生产设备，包括：
玻璃生产系统，它提供夹带有包括含锗颗粒的颗粒材料的废气流；
废气过滤系统，它包括由PTFE织物材料支承的PTFE膜过滤材料，所述废气过滤系统与所述玻璃生产系统相连，用来接受所述废气流并捕集所述颗粒材料；
收集系统，它与所述废气过滤系统相连，用来收集从所述废气过滤系统出来的被捕集的颗粒材料，
所述玻璃生产系统生产选定的玻璃，使得所述收集系统收集到的颗粒材料中锗的浓度至少约为2％(重量)。
2．如权利要求1所述的玻璃生产设备，其特征在于所述含锗颗粒是GeO2。
3．如权利要求2所述的玻璃生产设备，其特征在于所述GeO2颗粒的粒度在0.05-0.5微米的范围内。
4．如权利要求1所述的玻璃生产设备，其特征在于用所述玻璃生产系统生产的玻璃是GeO2掺杂的二氧化硅玻璃，所述颗粒材料包括SiO2和GeO2。
5．如权利要求4所述的玻璃生产设备，其特征在于GeO2颗粒的粒度在0.05-0.5微米的范围内，SiO2颗粒的粒度在0.5-1微米的范围内。
6．如权利要求5所述的玻璃生产设备，其特征在于所述玻璃生产系统包括许多个车床，生产制造光纤用的坯料。
7．如权利要求1所述的玻璃生产设备，其特征在于所述废气过滤系统是袋滤室系统，其中有许多个袋滤室单元，所述单元使用滤袋，其结构中有PTFE过滤膜支承在PTFE织物背衬上，设定所述袋滤室系统的空气织物比使得当所述单元个别离线时，留下单元的空气织物比小于或等于1.1。
8．如权利要求7所述的玻璃生产设备，其特征在于设定所述袋滤室系统的空气织物比使得当所述单元个别离线时，留下的单元的空气织物比小于或等于0.9。
9．如权利要求7所述的玻璃生产设备，其特征在于所述玻璃制造系统包括许多个车床，生产制造光纤用的GeO2掺杂的二氧化硅玻璃坯料，颗粒材料包括SiO2和GeO2。
10．如权利要求9所述的玻璃生产设备，其特征在于GeO2颗粒的粒度在0.05-0.5微米的范围内，SiO2颗粒的粒度在0.5-1微米的范围内。
11．一种玻璃生产设备的操作方法，所述方法包括：
用玻璃生产系统生产玻璃，该系统产生夹带有包括含锗颗粒的颗粒材料的废气流；
用废气过滤系统过滤废气流，所述废气过滤系统包括由PTFE织物材料支承的PTFE膜过滤材料，用来捕集所述颗粒材料；
用收集系统收集从所述废气过滤系统中出来的被捕集的颗粒材料，
在此方法中选择玻璃使得所述收集系统收集到的颗粒材料中锗的浓度至少约为2％(重量)。
12．如权利要求11所述的方法，其特征在于所述含锗颗粒是GeO2。
13．如权利要求12所述的方法，其特征在于GeO2颗粒的粒度在0.05-0.5微米的范围内。
14．如权利要求12所述的方法，其特征在于用所述玻璃生产系统生产的玻璃是GeO2掺杂的二氧化硅玻璃，所述颗粒材料包括SiO2和GeO2。
15．如权利要求14所述的方法，其特征在于GeO2颗粒的粒度在0.05-0.5微米的范围内，SiO2颗粒的粒度在0.5-1微米的范围内。
16．如权利要求15所述的方法，其特征在于所述生产过程包括运转多个车床生产制造光纤用的GeO2掺杂的二氧化硅玻璃坯料。
17．如权利要求11所述的方法，其特征在于所述废气过滤系统是袋滤室系统，它包括许多个袋滤室单元，所述单元使用滤袋，其结构中有PTFE过滤膜支承在PTFE织物背衬上，所述过滤过程包括设定所述袋滤室系统的空气织物比以使得当所述单元个别离线时，留下的单元的空气织物比小于或等于1.1。
18．如权利要求17所述的方法，其特征在于设定所述袋滤室系统的空气织物比，使得当所述单元个别离线时，留下的单元的空气织物比小于或等于0.9。
19．如权利要求17所述的方法，其特征在于所述生产过程包括运转多个车床生产制造光纤用的GeO2掺杂的二氧化硅玻璃坯料，颗粒材料包括SiO2和GeO2。
20．如权利要求19所述的方法，其特征在于GeO2颗粒的粒度在0.05-0.5微米的范围内，SiO2颗粒的粒度在0.5-1微米的范围内。
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