浮法玻璃生產中制氫工藝的選擇探討

王碩 顧子旭 朱俊

摘要：在浮法玻璃的生產中，氫氣是浮法玻璃生產錫槽的保護氣體之一，它與氮氣一起保護錫槽的環境并有效減少錫耗。本文將圍繞浮法玻璃的機理以及制氫選擇相關內容進行分析，希望能夠對讀者提供一些借鑒和參考。

關鍵詞：浮法玻璃;定義;機理;制氫;選擇

1.前言

在浮法玻璃生產中，不同的制氫方法會對作業安全和作業成本造成一定程度的影響。因此，企業要根據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）等為填充物構成的網絡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。雖然這些微缺陷數量不多，但它直接影響著玻璃的品質，特別是高端玻璃;二是它能更準確地體現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量，提高玻璃的品質，為生產廠家帶來更大的效益

3.浮法玻璃液中熔窯內的形成機理

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是連續化，玻璃配合料不斷地從熔窯投料口（入口）進入窯內進行熔化，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。這個過程，我們稱為“玻璃熔化”，下面詳細論述這個過程的機理。

混合好的結構松散的玻璃配合料在原料皮帶上運行中被碎玻璃均勻覆蓋，進入投料機內。此時熔窯內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，配合料在投料機作用下連續不斷地以一定的厚度進入窯內。進入窯內的配合料通稱為“料堆”，熔窯內有料堆的區域我們稱為“料堆區”，這些有一定厚度的料堆入窯后覆蓋窯內已有的高溫玻璃液，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，發生物理化學（吸熱）反應，放出氣體，形成硅酸鹽、復合硅酸鹽。并與SiO2、Al2O3等共熔形成液態共熔物，即初始玻璃液。在料堆上表面反應所產生的氣體，一部分直接進入熔窯上部空間，另一部分進入初始玻璃液中，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，反應所產生的氣體中，一部分排入料堆中，沿著料堆各物料間的空隙向上移動，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。這些初始玻璃液內含有大量氣體，容重小、黏度大，與料堆粘在一起，并在投料機的推動下繼續前移，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，料堆區域結束。在整個料堆前移過程中，反應生成的初始玻璃液隨著溫度的升高，黏度降低。流動性增加，玻璃液內各組分間相互混合進行均化。

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，工藝流程簡單穩定，易于操作。現有的水電解裝置實現了無人值守的全自動操作，可以確保氫的消耗。在現有制氫方法中，它也是最簡單，最安全的制氫工藝，具有最高的產品氣體純度。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。適用于小規模的制氫。但是，在具有峰值和谷值功率消耗的區域，配置氫氣存儲罐以使用谷值功率時段來操作設備，存儲氣體并在峰值功率時段內使用所存儲的氣體。我們可以提供生產線的生產。這樣可以大大降低生產成本。

4.2氨分解制氫

氨分解制氫的工藝過程很簡單。分解氣體是氫氣和氮氣，可以作提供給浮法玻璃生產線錫槽的保護氣使用。無需設置另一種設備來分離兩種氣體，這是該國現有的浮法玻璃公司使用大多數制氫方法[2]。它投資少，操作簡便，操作壓力低，每立方米氫氣的產量約為2.3元，但近年來，由于原料液氨的價格上漲，生產成本逐漸上升。該過程所需的原料是液氨，它需要液氨存儲和供應系統，液氨氣化系統以及適合于小規模氫氣生產機會的排放系統。

4.3焦爐煤氣轉化制氫

焦爐氣轉化氫氣生產過程不需要化學反應即可從進料氣中提取氫氣。工藝流程短，工藝設備小，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。這項技術改變了焦炭公司僅使用焦炭而不使用焦炭的情況，點亮了天燈，這浪費了資源并污染了環境。這是一種回收廢氣的環保技術。但是，該工藝的生產設備只能依靠附近的煉焦公司進行生產，不適合長距離管道運輸。

5.幾種制氫工藝安全對比

5.1水電解制氫

通過電解水生產氫氣的原料是水，這是在所有氫氣生產過程中使用的最簡單，最安全的原料。該過程的主要危險是由氫泄漏引起的爆炸，這是所有制氫過程中常見的危險，并且還有堿液。設備和管道的腐蝕也會引起泄漏事故。現有的水電解制氫機基本上使用PLC控制來監視關鍵過程參數并設置安全警報和聯鎖。盡管安全性能優于其他制氫工藝，但實際生產需要嚴格遵守相關的安全性，定期維護設備，控制系統和管道。

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導致燃燒和爆炸。爆炸極限為15%至30.2%（體積比），是受到國家重大監視的危險化學物質，吸入可引起中毒性肺水腫。液氨儲存量必須符合國家有關重大危險的規定。液態氨和氨氣容易引起碳鋼和低合金鋼的應力腐蝕，該系統易于泄漏工藝介質，從而引起火災，爆炸和中毒事故。

5.3焦爐煤氣轉化制氫

焦爐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生工藝介質泄漏，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，爆炸和中毒事故。但是，由于該過程不涉及化學反應且很簡單，因此煉焦爐氣體通常通過管道進入工廠，并且沒有原料存儲系統，因此比煤氣化制氫過程的生產率更高。

6.結束語

綜上所述，浮法玻璃的生產工藝要求較嚴格，在制氫的過程中，要結合企業實際情況選擇合適的方法，在保證作業安全的前提下，提高生產效率，為企業創造更大的經濟效益。

參考文獻

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

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