浅谈浮法玻璃工厂氮氢站设计

浅谈浮法玻璃工厂氮氢站设计
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中国玻:2005年第2期
浅谈浮法玻璃工厂氮氢站设计
王永钢
中国凯盛国际工程有限公司安徽蚌埠233018
摘要:本文根据浮法玻璃对氮气,氢气品质的要求,着重探讨了浮法玻璃厂氮氢站的制氮工艺
和制氢工艺,并对浮法玻璃厂氮氢站的设计提出了几点建议.
关键词:浮法玻璃氨分解水电解深冷制氮锡槽
1.引言
自80年代"中国洛阳浮法玻璃工艺"在全国推
广以来,至今我国已有100余条浮法玻璃生产线.
随着平板玻璃产能的不断增加,我国的浮法玻璃正
逐渐由生产普通玻璃向生产高质量,高档次玻璃转
变.作为浮法玻璃工艺的核心技术,锡槽在玻璃生
产中对玻璃质量水平起到至关重要的作用.而对于
锡槽来说,氮氢气的品质对锡槽的正常运行工况起
着决定性的作用.高水平的浮法玻璃需要高纯,高
稳定性,高品质的氮氢气,这就需要浮法玻璃厂有
高水平的制氮,制氢工艺.中国凯盛国际工程有限
公司通过多年的设计实践,吸收国内外先进技术.
在氮氢站设计方面进行了不断的研究,探索,创新.
取得了丰硕的成果.
2.氮氢站在浮法玻璃生产线中的作用
锡槽是浮法玻璃成形的重要热工设备,浮法玻
璃在锡槽中拉引,展薄,成形时.为了防止锡槽中锡
氧化,其措施是通人一定比例的氮气和氢气的混合气;使锡槽内的气氛主要靠氢气来调节,锡槽内的压力主要靠氮气量来实现.因此,氮氢气的品质,压力直接影响着锡槽内的压力和氛围,从而影响着浮法玻璃的质量水平.
浮法玻璃工厂中的氮氢站.是一项重要的工程
项目.氮氢站的设计主要是以产品符合浮法玻璃工艺要求为首要任务.只有在产品符合玻璃工艺要求的前提下.同时考虑投资费用,运行成本,布局合理性,规范要求等,做到氮氢站技术先进,经济合理. 3.制氢工艺
目前国内外主要的制氢工艺有:氨分解制氢,
水电解制氢.甲醇重整制氢,煤,焦碳气化制氢,天
然气或石油产品转化制氢,各种工业生产的尾气回收或氯碱工厂的副产氢等.由于甲醇,煤,焦碳,天
然气等制氢工艺较为复杂,工艺流程较长,操作管理较难,且产生气体纯度很低,成品气中含有大量污染物,而且所产气体中CO:,CO会在锡槽的还原性气氛中易析碳,严重影响玻璃质量.
目前国内外浮法玻璃厂所用的制氢工艺都为
氨分解制氢或水电解制氢.
3.1氨分解制氢
氨分解制氢是在一定的温度下,通过催化剂的
氨气被分解为氮氢混合气(75%H2,25%N2),分解后的高温混合气经过冷却.净化后得到露点≤一
60~C,残氨≤2ppm(V),含氧量≤3ppm(V)的混合气,此混合气可直接用于作保护气体.其工艺流程如图1.
目前台玻(成都)700t/d浮法生产线,台玻华南
公司700t/d浮法生产线.当玻集团600t/d浮法生
产线.三峡新材自洁玻璃及深加工原片配套工程, 明达玻璃(成都)九改浮工程,孟加拉NGIL250t/d
浮法玻璃生产线等国内外大多数浮法玻璃生产线都采用氨分解制氢工艺.
2005年第2期中.国玻2l
图1氨分解制氢工艺流程
3.2水电解制氢
图2水电解制氢工艺流程
水电解制氢工艺是通过由浸没在30%左右氢
氧化钾的电解液中的一对电极,中间隔以防止氢气渗透的隔膜而构成的水电解小室,接通直流电后, 水被分解为氢气和氧气,经过纯化后可得到含氧量≤2ppm,露点≤一60qC的氢气.其工艺流程如图2. 目前国内高档玻璃生产线如威海中玻在线镀膜
玻璃生产线,浙玻400t/d超薄浮法玻璃生产线,洛
玻生产线等都采用水电解制氢工艺.
3.3氨分解与水电解技术经济比较
氨分解制氢技术投资小,运行费用少,操作简
单,管理方便,运行也较可靠,但氢气压力较低,不
易储存,成品气虽经过净化处理仍含有少量残氨, 硫等杂质,虽然含量少,但日积月累对玻璃质量仍
有一定影响.
水电解制氢技术设备简单,运行可靠,管理方
便,不产生污染,原料为蒸馏水,制得的氢气纯度较高,杂质含量少,成品气压力高,易储存,对浮法玻
璃而言未发现有不利影响,但唯一缺点是投资大, 电能消耗大,运行成本较高.
现以600—700t/d浮法线所需氢气量设计氢气
站为例,对氨分解制氢和水电解制氢工艺技术经济对比,如表1所示.
表1一条600—700t/d浮法线氨分解
和水电解技术经济对照
氨分解制氢水电解制氢
设备总投资,(万元)一8O一400
运行成本,(元/mH2)1.5～2.O2.5—3.5
氢气压力,(MPa)O.O5O.21.6
原料液氨蒸馏水
氢气品质含有微量残氨,硫无杂质
氢气储存难易程度建易
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中国玻,
浮法玻璃生产中,保护气体中的氢可以同锡槽
密封不严引起的空气渗透所昆人的氧反应,还能使锡的氧化物还原,使锡槽处于还原性气氛,保证锡不被氧化,但氨分解制氢工艺所采用原料为液氨, 液氨中都含有一定量的硫,这些硫进入锡槽,会污染锡槽中的锡液.由于受硫污染的锡的挥发性很大,形成的硫化物蒸气冷凝在顶盖上,被氢还原成金属锡滴落到玻璃上形成缺陷,保护气体中加氢的目的是控制氧的污染,而对于控制硫的污染起到的作用是反面的.因此浮法玻璃在使用氨分解制氢工艺时,应对原料液氨的品质进行控制,尽量降低液氨的含硫量.同时在设计中可考虑在气化器后增设一
脱硫装置,去除氨气中的硫份,以减少硫从保护
气体带入锡槽.另外还应对成品气的残氨含量进行适时检测,及时调整,以减少残氨流人锡槽影响玻璃质量.我院设计的东海350t/d浮法玻璃生产线就采用该方法,现场运行效果良好.
水电解制氢所用原料为蒸馏水,制得的氢气纯
度高达99.7～99.9%,且成品气中不含对锡槽有污染的物质,浮法玻璃厂使用水电解制氢有利于提高玻璃的质量水平,但相对氨分解制氢而言,其能耗高,运行成本大,每生产lmH约需耗电4.2～
4.6kW?h.在威海中玻在线镀膜玻璃生产线中,我
们根据分时电价的不同,在设计中选用产气量大一些的电解槽,并设两个100m的氢气储气罐.这样
水电解制氢站只需在电价最便宜时段单班生产,过剩氢气储存在储气罐中,其它时段由储气罐向锡槽供气.由于水电解制氢压力高达1.6MPa,而锡槽所2005年第2期
用氢气压力为0.15MPa,储存氢气完全可以满足玻璃工艺用气质量要求,这样可大大降低水电解制氢的生产成本.同时可对氧气进行净化回收利用,充分利用能源,提高经济效益,有利于水电解制氢工艺的推广.
4.制氮工艺
在工业生产中,制氮方法主要有传统的深冷空
气分离法和近年来刚发展起来的变压吸附制氮法. 深冷制氮是将空气深冷液化后,利用氮的沸点(一196cc)与氧的沸点(一183cc)不同精馏分离而得到氮或氧.变压吸附制氮技术是在一定压力下,根据氧,氮在碳分子筛中的扩散速度差异,在短时间内, 氧分子被碳分子筛大量吸附,氮分子在气相富集,
达到氧氮分离的目的.
对于连续供气的制氮工艺来说,变压吸附和深
冷制氮工艺流程如图3.
变压吸附的优点是占地面积小,投资少,操作方便,启动快,但吸附塔的电磁阀切换频率快,易损坏,且该法产气量低,一般在300m/h以下,液氮必须外购,成品氮气纯度较低,仅为98～99.9%,若要制取高纯氮气,则需再增加一套氮气纯化装置,投资及运行费用将大幅提高.浮法玻璃工艺所用氮气一
般在1500m'/h以上,要求氮气品质较高,达
99.999%以上,且必须连续供气.浮法玻璃厂用深
冷制氮工艺有着明显的优势.深冷制氮不仅制得的氮气品质好,完全满足锡槽要求,且在生产氮气的图3变压吸附制氮工艺流程
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图4深冷制氮工艺流程
同时可生产液氮,供浮法生产线突然停电或分馏塔发生故障时供气.目前国内大多数玻璃厂采用深冷制氮..
无论是何种工艺,对于站房设计最关键是在产
品合格的前提下节能,减少投资,合理布局.在深冷空分制氮站房,分馏塔提取效率的高低是节能的核心.在同样氮气产量的情况下,若分馏塔提取效率高,则进分馏塔空气量就小,所用空压机就小.在制氮工艺中,主要的耗电设备是空压机,空压机小则
耗电量也相应减少.我院设计的安徽华光500t/d
级浮法线工程氮气站分馏塔从空气中的Nz提取率大大高于国内其他氮气站的提取率,每立方米氮气能耗由约0.32kWh降低为约0.25kWh.每年可节省运行费用50多万元.
由于氮气站分馏塔较高,氮气站站房也较高,
一
般高达16—20m,厂房投资较大.若将分馏塔放
至室外,则氮气厂房可大幅降低,约降至7.5—8m, 大大降低了厂房建设费用.我们在威海中玻在线镀膜生产线氮气站设计时,把分馏塔放到室外,露天
布置,仅这一改变就为厂方节省土建投资30多万兀.
在浮法玻璃厂除了保护气体外,还有仪器,仪
表,雾化等工厂动力用压缩空气.一般玻璃厂都单独设一空气压缩站来为全厂提供压缩空气.若将压缩空气站设在氮气站内,则既可减少占地面积和人员编制,又可充分利用空压设备和辅助设备(如吊车),将氮气站备用空压机作为工厂动力用空压机的备用,减少了备用空压机的数量,节省设备投
资.我院设计的威海中玻氮气站,三峡新材自洁玻璃生产线氮气站就是按照此思路设计的,为厂家节省了大量的资金.新设计的陕玻九改在线镀膜玻璃生产线氮气站,厂家要求照此思路设计,把一二线空压站设在氮气站内.
空压机的选择上,目前国内最常用的有活塞式
空压机,螺杆式空压机和离心式空压机.其中活塞式空压机价格最便宜,但噪音大,零部件易损坏,维修量大.无油螺杆压缩机价格比活塞机贵一倍,但
运行平稳,维修量小.在实际使用中发现,长期使用后螺杆磨损,使空压机产气量降低.由于氮气站所需压缩空气为连续供气,用气平稳,使用离心机在气量平稳时运行效果较好且节能.目前离心机大多为国外进口,价格比无油螺杆空气压缩机稍贵,有条件的厂家可考虑使用.
5.建议
(1)要建成高档次浮法玻璃生产线,氢气站最好
使用水电解制氢工艺.根据水电解制氢能耗大的缺点,在设计中选用产气量大一些的电解槽,充分利用国家分时电价政策,在电价低时单班生产,储存氢气供锡槽全天使用.
(2)采用氨分解制氢工艺应严格控制氨中硫的
含量,同时在设计中增加脱硫装置,去除氨气中硫份,减少硫从保护气体带入锡槽.
(3)氮气站设计应根据玻璃厂实际情况合理布置,尽量考虑空压站与氮气站统一布置,尽量把分馏塔布置在室外,以减少投资.同时制氮工艺应采用对空气提取率高的分馏塔,以利节能,降低运行费用.。