[發明專利]玻璃熔化爐

無效

• 申請號: 201080040986.5
• 申請日: 2010-08-05
• 公開（公告）號: CN102498071A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: F·比奧爾;O·杜坎普斯
• 申請（專利權）人: 旭硝子歐洲玻璃公司
• 主分類號: C03B5/235
• 分類號: C03B5/235;C01B13/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 張力更

技術領域

本發明涉及玻璃熔化爐，其中熔化能量基本上由供應有燃料和氧氣或非常富氧氣體的燃燒器產生。這些爐通常被稱作“氧燃燒(oxy-combustion)”爐。本發明還涉及其中以補充方式(尤其稱其為“助推(boosting)”)使用氧燃燒的爐，并且還涉及其中該燃燒即使不是全部也基本上是利用氧來實施的爐。

背景技術

氧燃燒能夠節約能量，這至少是因為燃燒氣體的能量不會部分地被空氣中的氮氣吸收。在傳統爐中，即使氮氣所夾帶的能量的一部分在再生器中被回收，最終排放的煙霧仍然帶走了其相當大的一部分。氮氣的存在是這種損失的原因之一。

所考慮的每生產單位的能量消耗的減少還具有以下優點：因此限制二氧化碳的排放，其可達25％，并且因而滿足在此領域中的法定要求。

氮氣的存在還是所謂NOx的氧化物形成的原因，而該氧化物的排放由于與這些化合物在大氣中的存在有關的危害而在實際中是被禁止的。使用者要盡力在盡可能限制排放的條件下運行所述爐。在玻璃熔爐(fours?de?verrerie)的情況下，這些實踐不足以滿足現行的非常嚴格的標準，并且需要使用催化劑來進行煙霧的昂貴的去污染。

氧氣的使用可以擺脫與空氣中的氮氣有關的問題，即使不是全部的話，也至少是大約90％的非常大的比例。

盡管有如上所述的優點，但氧燃燒在大型玻璃熔爐中的使用仍有待發展。其原因是多樣的。首先，氧氣的使用必然貴于空氣的使用。此外，為了使實施氧燃燒的經濟結算(bilan)為正，需要控制不同的技術方面，并且尤其是包括煙霧熱量的相當大部分的回收的熱流的方面。

在未公布的申請PCT/EP2009/053500中描述的技術能夠通過提出以下的回收方式來優化整體的能量效率，該回收方式用于回收煙霧的熱量以用于預加熱所使用的氧氣。但是，這種優化意味著要使用專門裝配的裝置，尤其是為了令人滿意地耐受與熱氧氣的存在有關的腐蝕。

用于加熱氧氣所回收的能量并不會用盡煙霧所攜帶的能量。

在實踐中，煙霧的能量大于使爐的不同供料達到可用于運行的溫度所需的能量。這涉及到首先加熱燃料。還涉及到加熱氧氣。還涉及到預加熱原材料。對于所有這些要素來說，考慮了各成分的性質或者它們可被使用的方式的交換條件限制了可被回收用于爐本身的運行的能量。

無論是液態還是氣態的燃料都不能耐受過度的溫度。氧氣的溫度受限于氧氣在其中流通的裝置可耐受的溫度。實際上，在必須保證長期運行時，所用管道的合金的耐受性不超過900-950℃。原材料也不能耐受其溫度過大的升高而無引起結塊(這使得對它們的使用更為棘手)的風險。

為了改善經濟結算，一種解決方案在于在使用現場引入氧氣的生產。這免除了向專門生產氧氣的公司進行購買。還免除了輸送措施或者儲存措施或者二者。

但是，氧氣的生產帶來了其它問題。由大的工業氣體生產者所使用的那種類型的通過以空氣為原料進行液化和蒸餾生產氧氣的常用技術需要重型設備，而這只有在非常大生產量下生產時才是贏利的。供應玻璃熔爐所需的量，即使其是大量的，通常也不足以證明這種投資是合理的。

而且，氧氣生產技術已知用于只需要有限量的這種氣體的應用。在這些技術當中，已經提出使用從氣體混合物(尤其是從空氣)分離氧氣，這借助于由選自也被稱作固體電解質的材料所構成的膜來進行，所述材料能夠與氧氣發生反應以在所述膜的一個面上將其電離，將這些離子運送穿過該膜并且在所述膜的另一個面上再組成氧氣。這種類型的材料例如描述于美國專利5,240,480或者申請WO2008/024405中。

為了獲得顯著的效率，借助于膜的氧氣分離一方面需要在升高的溫度下進行，另一方面需要保持膜兩側大的氧分壓差。由于這些原因，實施這些技術的經濟性極大地取決于所考慮設備的運行的確切能量結算。

發明內容

本發明人已經證明，通過對條件的合適選擇，通過借助膜的分離技術的氧氣生產能夠滿足與下述這樣的玻璃熔爐有關的技術以及經濟方面的要求：該玻璃熔爐在氧燃燒下運行，或者至少大部分以氧燃燒模式運行。

本發明因而涉及玻璃熔爐，其至少部分地以氧燃燒方式供應并且其中所用氧氣的至少一部分由含氧氣的氣體混合物通過在固體電解質類型的膜上的分離而產生。

在固體電解質膜上的氧分離的效率取決于使得這種操作相對復雜的條件。首先，在膜中的離子運送需要相對升高的溫度。對于大量的運送來說，該溫度有利地高于550℃，并且優選該溫度至少等于600℃。