浮法玻璃生产中制氢工艺的选择探讨

王硕 顾子旭 朱俊

摘要：在浮法玻璃的生产中，氢气是浮法玻璃生产锡槽的保护气体之一，它与氮气一起保护锡槽的环境并有效减少锡耗。本文将围绕浮法玻璃的机理以及制氢选择相关内容进行分析，希望能够对读者提供一些借鉴和参考。

关键词：浮法玻璃;定义;机理;制氢;选择

1.前言

在浮法玻璃生产中，不同的制氢方法会对作业安全和作业成本造成一定程度的影响。因此，企业要根据自身情况选择适合的制氢方法。

2.浮法玻璃的定义

浮法玻璃是由硅氧四面体为骨架，钠、钙（镁）等为填充物构成的网络状共熔物及其包裹的微量微缺陷（主要是微气泡）组成的混合物。此玻璃定义主要是针对浮法玻璃而言，其原因，一是微缺陷在浮法玻璃中的客观存在。虽然这些微缺陷数量不多，但它直接影响着玻璃的品质，特别是高端玻璃;二是它能更准确地体现出浮法玻璃形成过程，只有通过分析微缺陷在玻璃本体中的形成过程及存在形式，才能更好地控制微缺陷的数量，提高玻璃的品质，为生产厂家带来更大的效益

3.浮法玻璃液中熔窑内的形成机理

浮法玻璃熔窑由熔化部、澄清部（卡脖）和冷却部三部分组成。浮法玻璃熔化的特点是连续化，玻璃配合料不断地从熔窑投料口（入口）进入窑内进行熔化，熔制好的玻璃液不断地从熔窑出口流出，形成了玻璃液在熔窑投料口与熔窑出口间的高度落差，在重力作用下高温玻璃液从熔窑投料口向熔窑出口方向流动。这个过程，我们称为“玻璃熔化”，下面详细论述这个过程的机理。

混合好的结构松散的玻璃配合料在原料皮带上运行中被碎玻璃均匀覆盖，进入投料机内。此时熔窑内存有熔化好的高温玻璃液，其玻璃液上表面距熔窑池壁上沿50mm，配合料在投料机作用下连续不断地以一定的厚度进入窑内。进入窑内的配合料通称为“料堆”，熔窑内有料堆的区域我们称为“料堆区”，这些有一定厚度的料堆入窑后覆盖窑内已有的高温玻璃液，它的上下表面分别受到来自于料堆上部空间火焰和料堆下部高温玻璃液的高温加热，发生物理化学（吸热）反应，放出气体，形成硅酸盐、复合硅酸盐。并与SiO2、Al2O3等共熔形成液态共熔物，即初始玻璃液。在料堆上表面反应所产生的气体，一部分直接进入熔窑上部空间，另一部分进入初始玻璃液中，被高黏度的玻璃液所包裹，一起向下沉入料堆空隙，加热下层配合料[1]。在料堆的下表面，反应所产生的气体中，一部分排入料堆中，沿着料堆各物料间的空隙向上移动，加热上部配合料，另一部分气体受料堆的阻挡，被滞留在高黏度的初始玻璃液中。这些初始玻璃液内含有大量气体，容重小、黏度大，与料堆粘在一起，并在投料机的推动下继续前移，上下表面的配合料越来越多的被熔化为初始玻璃液，直至全部被熔化，料堆区域结束。在整个料堆前移过程中，反应生成的初始玻璃液随着温度的升高，黏度降低。流动性增加，玻璃液内各组分间相互混合进行均化。

4.常见的制氢方式

4.1水电解制氢

目前，通過水电解制氢是最清洁的制氢过程。原料是纯净水，工艺流程简单稳定，易于操作。现有的水电解装置实现了无人值守的全自动操作，可以确保氢的消耗。在现有制氢方法中，它也是最简单，最安全的制氢工艺，具有最高的产品气体纯度。在通过水电解制氢的制造过程中，基本上没有废物，并且所产生的气体的纯度很高。但是，电耗比较高，电耗的成本决定了制氢的成本，一般每立方米制氢约3-5元。适用于小规模的制氢。但是，在具有峰值和谷值功率消耗的区域，配置氢气存储罐以使用谷值功率时段来操作设备，存储气体并在峰值功率时段内使用所存储的气体。我们可以提供生产线的生产。这样可以大大降低生产成本。

4.2氨分解制氢

氨分解制氢的工艺过程很简单。分解气体是氢气和氮气，可以作提供给浮法玻璃生产线锡槽的保护气使用。无需设置另一种设备来分离两种气体，这是该国现有的浮法玻璃公司使用大多数制氢方法[2]。它投资少，操作简便，操作压力低，每立方米氢气的产量约为2.3元，但近年来，由于原料液氨的价格上涨，生产成本逐渐上升。该过程所需的原料是液氨，它需要液氨存储和供应系统，液氨气化系统以及适合于小规模氢气生产机会的排放系统。

4.3焦炉煤气转化制氢

焦炉气转化氢气生产过程不需要化学反应即可从进料气中提取氢气。工艺流程短，工艺设备小，投资少，占地面积小，制氢成本低，每立方米制氢约0.8-1.6元。这项技术改变了焦炭公司仅使用焦炭而不使用焦炭的情况，点亮了天灯，这浪费了资源并污染了环境。这是一种回收废气的环保技术。但是，该工艺的生产设备只能依靠附近的炼焦公司进行生产，不适合长距离管道运输。

5.几种制氢工艺安全对比

5.1水电解制氢

通过电解水生产氢气的原料是水，这是在所有氢气生产过程中使用的最简单，最安全的原料。该过程的主要危险是由氢泄漏引起的爆炸，这是所有制氢过程中常见的危险，并且还有碱液。设备和管道的腐蚀也会引起泄漏事故。现有的水电解制氢机基本上使用PLC控制来监视关键过程参数并设置安全警报和联锁。尽管安全性能优于其他制氢工艺，但实际生产需要严格遵守相关的安全性，定期维护设备，控制系统和管道。

5.2氨分解制氢

氨气在常温常压下为无色有毒气体，具有强烈的刺激性气味，极易燃，可能与空气形成爆炸性混合物。暴露于明火和高热下会导致燃烧和爆炸。爆炸极限为15%至30.2%（体积比），是受到国家重大监视的危险化学物质，吸入可引起中毒性肺水肿。液氨储存量必须符合国家有关重大危险的规定。液态氨和氨气容易引起碳钢和低合金钢的应力腐蚀，该系统易于泄漏工艺介质，从而引起火灾，爆炸和中毒事故。

5.3焦炉煤气转化制氢

焦炉煤气是有毒和爆炸性气体，在空气中的爆炸极限为6%至30%（体积）。在制造过程中可能发生工艺介质泄漏，并且在制造过程中可能形成爆炸性气体混合物，从而引起火灾，爆炸和中毒事故。但是，由于该过程不涉及化学反应且很简单，因此炼焦炉气体通常通过管道进入工厂，并且没有原料存储系统，因此比煤气化制氢过程的生产率更高。

6.结束语

综上所述，浮法玻璃的生产工艺要求较严格，在制氢的过程中，要结合企业实际情况选择合适的方法，在保证作业安全的前提下，提高生产效率，为企业创造更大的经济效益。

参考文献

[1]王艳名，浮法玻璃生产制氢工艺的对比分析[J]工业制造，2019（20）;47

[2]秦文生，吴杰.超白浮法玻璃熔化工艺制度与实践探讨[J]河南建材，20149（4）：51-52.