王碩 顧子旭 朱俊

摘要：在浮法玻璃的生產(chǎn)中，氫氣是浮法玻璃生產(chǎn)錫槽的保護(hù)氣體之一，它與氮?dú)庖黄鸨Ｗo(hù)錫槽的環(huán)境并有效減少錫耗。本文將圍繞浮法玻璃的機(jī)理以及制氫選擇相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，希望能夠?qū)ψx者提供一些借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：浮法玻璃;定義;機(jī)理;制氫;選擇

1.前言

在浮法玻璃生產(chǎn)中，不同的制氫方法會(huì)對(duì)作業(yè)安全和作業(yè)成本造成一定程度的影響。因此，企業(yè)要根據(jù)自身情況選擇適合的制氫方法。

2.浮法玻璃的定義

浮法玻璃是由硅氧四面體為骨架，鈉、鈣（鎂）等為填充物構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)狀共熔物及其包裹的微量微缺陷（主要是微氣泡）組成的混合物。此玻璃定義主要是針對(duì)浮法玻璃而言，其原因，一是微缺陷在浮法玻璃中的客觀存在。雖然這些微缺陷數(shù)量不多，但它直接影響著玻璃的品質(zhì)，特別是高端玻璃;二是它能更準(zhǔn)確地體現(xiàn)出浮法玻璃形成過程，只有通過分析微缺陷在玻璃本體中的形成過程及存在形式，才能更好地控制微缺陷的數(shù)量，提高玻璃的品質(zhì)，為生產(chǎn)廠家?guī)砀蟮男б?/p>

3.浮法玻璃液中熔窯內(nèi)的形成機(jī)理

浮法玻璃熔窯由熔化部、澄清部（卡脖）和冷卻部三部分組成。浮法玻璃熔化的特點(diǎn)是連續(xù)化，玻璃配合料不斷地從熔窯投料口（入口）進(jìn)入窯內(nèi)進(jìn)行熔化，熔制好的玻璃液不斷地從熔窯出口流出，形成了玻璃液在熔窯投料口與熔窯出口間的高度落差，在重力作用下高溫玻璃液從熔窯投料口向熔窯出口方向流動(dòng)。這個(gè)過程，我們稱為“玻璃熔化”，下面詳細(xì)論述這個(gè)過程的機(jī)理。

混合好的結(jié)構(gòu)松散的玻璃配合料在原料皮帶上運(yùn)行中被碎玻璃均勻覆蓋，進(jìn)入投料機(jī)內(nèi)。此時(shí)熔窯內(nèi)存有熔化好的高溫玻璃液，其玻璃液上表面距熔窯池壁上沿50mm，配合料在投料機(jī)作用下連續(xù)不斷地以一定的厚度進(jìn)入窯內(nèi)。進(jìn)入窯內(nèi)的配合料通稱為“料堆”，熔窯內(nèi)有料堆的區(qū)域我們稱為“料堆區(qū)”，這些有一定厚度的料堆入窯后覆蓋窯內(nèi)已有的高溫玻璃液，它的上下表面分別受到來自于料堆上部空間火焰和料堆下部高溫玻璃液的高溫加熱，發(fā)生物理化學(xué)（吸熱）反應(yīng)，放出氣體，形成硅酸鹽、復(fù)合硅酸鹽。并與SiO2、Al2O3等共熔形成液態(tài)共熔物，即初始玻璃液。在料堆上表面反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體，一部分直接進(jìn)入熔窯上部空間，另一部分進(jìn)入初始玻璃液中，被高黏度的玻璃液所包裹，一起向下沉入料堆空隙，加熱下層配合料[1]。在料堆的下表面，反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體中，一部分排入料堆中，沿著料堆各物料間的空隙向上移動(dòng)，加熱上部配合料，另一部分氣體受料堆的阻擋，被滯留在高黏度的初始玻璃液中。這些初始玻璃液內(nèi)含有大量氣體，容重小、黏度大，與料堆粘在一起，并在投料機(jī)的推動(dòng)下繼續(xù)前移，上下表面的配合料越來越多的被熔化為初始玻璃液，直至全部被熔化，料堆區(qū)域結(jié)束。在整個(gè)料堆前移過程中，反應(yīng)生成的初始玻璃液隨著溫度的升高，黏度降低。流動(dòng)性增加，玻璃液內(nèi)各組分間相互混合進(jìn)行均化。

4.常見的制氫方式

4.1水電解制氫

目前，通過水電解制氫是最清潔的制氫過程。原料是純凈水，工藝流程簡(jiǎn)單穩(wěn)定，易于操作?，F(xiàn)有的水電解裝置實(shí)現(xiàn)了無人值守的全自動(dòng)操作，可以確保氫的消耗。在現(xiàn)有制氫方法中，它也是最簡(jiǎn)單，最安全的制氫工藝，具有最高的產(chǎn)品氣體純度。在通過水電解制氫的制造過程中，基本上沒有廢物，并且所產(chǎn)生的氣體的純度很高。但是，電耗比較高，電耗的成本決定了制氫的成本，一般每立方米制氫約3-5元。適用于小規(guī)模的制氫。但是，在具有峰值和谷值功率消耗的區(qū)域，配置氫氣存儲(chǔ)罐以使用谷值功率時(shí)段來操作設(shè)備，存儲(chǔ)氣體并在峰值功率時(shí)段內(nèi)使用所存儲(chǔ)的氣體。我們可以提供生產(chǎn)線的生產(chǎn)。這樣可以大大降低生產(chǎn)成本。

4.2氨分解制氫

氨分解制氫的工藝過程很簡(jiǎn)單。分解氣體是氫氣和氮?dú)?，可以作提供給浮法玻璃生產(chǎn)線錫槽的保護(hù)氣使用。無需設(shè)置另一種設(shè)備來分離兩種氣體，這是該國(guó)現(xiàn)有的浮法玻璃公司使用大多數(shù)制氫方法[2]。它投資少，操作簡(jiǎn)便，操作壓力低，每立方米氫氣的產(chǎn)量約為2.3元，但近年來，由于原料液氨的價(jià)格上漲，生產(chǎn)成本逐漸上升。該過程所需的原料是液氨，它需要液氨存儲(chǔ)和供應(yīng)系統(tǒng)，液氨氣化系統(tǒng)以及適合于小規(guī)模氫氣生產(chǎn)機(jī)會(huì)的排放系統(tǒng)。

4.3焦?fàn)t煤氣轉(zhuǎn)化制氫

焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化氫氣生產(chǎn)過程不需要化學(xué)反應(yīng)即可從進(jìn)料氣中提取氫氣。工藝流程短，工藝設(shè)備小，投資少，占地面積小，制氫成本低，每立方米制氫約0.8-1.6元。這項(xiàng)技術(shù)改變了焦炭公司僅使用焦炭而不使用焦炭的情況，點(diǎn)亮了天燈，這浪費(fèi)了資源并污染了環(huán)境。這是一種回收廢氣的環(huán)保技術(shù)。但是，該工藝的生產(chǎn)設(shè)備只能依靠附近的煉焦公司進(jìn)行生產(chǎn)，不適合長(zhǎng)距離管道運(yùn)輸。

5.幾種制氫工藝安全對(duì)比

5.1水電解制氫

通過電解水生產(chǎn)氫氣的原料是水，這是在所有氫氣生產(chǎn)過程中使用的最簡(jiǎn)單，最安全的原料。該過程的主要危險(xiǎn)是由氫泄漏引起的爆炸，這是所有制氫過程中常見的危險(xiǎn)，并且還有堿液。設(shè)備和管道的腐蝕也會(huì)引起泄漏事故?，F(xiàn)有的水電解制氫機(jī)基本上使用PLC控制來監(jiān)視關(guān)鍵過程參數(shù)并設(shè)置安全警報(bào)和聯(lián)鎖。盡管安全性能優(yōu)于其他制氫工藝，但實(shí)際生產(chǎn)需要嚴(yán)格遵守相關(guān)的安全性，定期維護(hù)設(shè)備，控制系統(tǒng)和管道。

5.2氨分解制氫

氨氣在常溫常壓下為無色有毒氣體，具有強(qiáng)烈的刺激性氣味，極易燃，可能與空氣形成爆炸性混合物。暴露于明火和高熱下會(huì)導(dǎo)致燃燒和爆炸。爆炸極限為15%至30.2%（體積比），是受到國(guó)家重大監(jiān)視的危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)，吸入可引起中毒性肺水腫。液氨儲(chǔ)存量必須符合國(guó)家有關(guān)重大危險(xiǎn)的規(guī)定。液態(tài)氨和氨氣容易引起碳鋼和低合金鋼的應(yīng)力腐蝕，該系統(tǒng)易于泄漏工藝介質(zhì)，從而引起火災(zāi)，爆炸和中毒事故。

5.3焦?fàn)t煤氣轉(zhuǎn)化制氫

焦?fàn)t煤氣是有毒和爆炸性氣體，在空氣中的爆炸極限為6%至30%（體積）。在制造過程中可能發(fā)生工藝介質(zhì)泄漏，并且在制造過程中可能形成爆炸性氣體混合物，從而引起火災(zāi)，爆炸和中毒事故。但是，由于該過程不涉及化學(xué)反應(yīng)且很簡(jiǎn)單，因此煉焦?fàn)t氣體通常通過管道進(jìn)入工廠，并且沒有原料存儲(chǔ)系統(tǒng)，因此比煤氣化制氫過程的生產(chǎn)率更高。

6.結(jié)束語

綜上所述，浮法玻璃的生產(chǎn)工藝要求較嚴(yán)格，在制氫的過程中，要結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況選擇合適的方法，在保證作業(yè)安全的前提下，提高生產(chǎn)效率，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]王艷名，浮法玻璃生產(chǎn)制氫工藝的對(duì)比分析[J]工業(yè)制造，2019（20）;47

[2]秦文生，吳杰.超白浮法玻璃熔化工藝制度與實(shí)踐探討[J]河南建材，20149（4）：51-52.