WO2024111441A1 - Glass production method and glass production device - Google Patents
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
- C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
- C03B5/235—Heating the glass
- C03B5/237—Regenerators or recuperators specially adapted for glass-melting furnaces
Definitions
- This disclosure relates to a glass manufacturing method and a glass manufacturing apparatus.
- the glass manufacturing apparatus includes a burner that forms a flame inside a glass melting furnace.
- the burner forms the flame by burning a combustible gas and a combustion supporting gas.
- the combustible gas is, for example, natural gas.
- the natural gas contains CH4 gas as a main component.
- the combustion supporting gas is, for example, pure oxygen gas or air. The flame heats glass raw materials and molten glass obtained by melting the glass raw materials.
- combustion supporting gas As mentioned above, air may be used as the combustion supporting gas.
- N2 gas which occupies most of the air, does not contribute to combustion
- Combustion gas refers to the gas remaining after the combustion reaction between the combustible gas and the combustion supporting gas (including N2 gas that does not contribute to the combustion reaction).
- a first heat regenerator and a second heat regenerator may be provided next to the glass melting furnace.
- the first and second heat storage chambers are used in combination with the first and second burners.
- the glass manufacturing apparatus alternately repeats the process of the first burner forming a flame inside the glass melting furnace and the second burner forming a flame inside the glass melting furnace.
- the first heat storage chamber recovers heat from the combustion gas discharged from the glass melting furnace while the second burner forms a flame inside the glass melting furnace.
- the first heat storage chamber releases the heat previously recovered to heat at least one of the combustible gas and the combustion supporting gas while the first burner forms a flame inside the glass melting furnace.
- the first burner forms a flame inside the glass melting furnace by combusting the combustible gas and the combustion supporting gas, at least one of which has been heated in the first heat storage chamber.
- the second heat storage chamber recovers heat from the combustion gas discharged from the glass melting furnace while the first burner forms a flame inside the glass melting furnace.
- the second heat storage chamber releases the heat previously recovered to heat at least one of the combustible gas and the combustion supporting gas while the second burner forms a flame inside the glass melting furnace.
- the second burner forms a flame inside the glass melting furnace by combusting the combustible gas and the combustion supporting gas, at least one of which has been heated in the second heat storage chamber.
- the first heat storage chamber of Patent Document 1 releases heat while the first burner forms a flame inside the glass melting furnace to promote an endothermic reaction.
- a reaction is disclosed in which CO gas and H2 gas are generated from CH4 gas, H2O gas , and CO2 gas.
- the CO gas and H2 gas generated in the first heat storage chamber are supplied to the first burner as combustible gas.
- pure oxygen gas may be used as the combustion supporting gas.
- the combustion supporting gas does not contain N2 gas. Therefore, the amount of combustion gas discharged is small and a heat regenerator is not required, so that the design freedom of the glass melting furnace is increased.
- the N2 gas that does not contribute to combustion is not heated unnecessarily, and the glass can be efficiently heated by the combustion heat. Furthermore, the generation of NOx gas can be suppressed.
- recuperator In place of a regenerator, a recuperator is sometimes used as a means of recovering heat from the combustion gases discharged from the glass melting furnace.
- the recuperator of Patent Document 2 heats air by heat exchange with combustion gas.
- the air transports heat from the recuperator to a reactor.
- the reactor heats natural gas by heat exchange with the air heated by the recuperator, and promotes an endothermic reaction that produces CH4 gas from CmHn gas (m and n are integers of 2 or more) contained in the natural gas.
- Patent Document 3 discloses that if the H 2 O gas concentration in the atmosphere inside a glass melting furnace is too high, the moisture concentration in the molten glass will be too high, resulting in poor glass quality (for example, defects will occur on the bottom surface of float glass).
- Natural gas is generally used as a combustible gas burned in a burner. Natural gas contains CH4 gas as a main component. When CH4 gas is burned, CO2 gas is generated. Therefore, in order to reduce the amount of CO2 gas generated and thus the amount of CO2 gas discharged, it is conceivable to use H2 gas instead of CH4 gas.
- H2 gas When H2 gas is burned instead of CH4 gas, H2O gas is generated by the reaction between H2 gas and O2 gas, and CO2 gas is not generated.
- the H2O gas concentration in the furnace atmosphere increases because CO2 gas is not generated. This is remarkable when pure oxygen gas is used as the combustion supporting gas.
- pure oxygen gas the H2O gas concentration in the furnace atmosphere can theoretically be 100% by volume.
- the glass frit may release gas when melted.
- the glass frit may release CO2 gas when melted. Therefore, the H2O gas concentration in the furnace atmosphere is actually less than 100% by volume.
- H2O gas concentration in the furnace atmosphere is too high, NaOH gas derived from Na contained in the molten glass is likely to be generated, and furnace materials such as bricks are likely to corrode.
- the H2O gas concentration in the furnace atmosphere is too high, the moisture concentration in the molten glass may be too high, resulting in a deterioration in the quality of the glass.
- One aspect of the present disclosure provides a technique for reducing the H 2 O gas concentration in the furnace atmosphere of a glass melting furnace when H 2 gas is used as a combustible gas.
- a glass manufacturing method includes generating at least CO gas from CO2 gas and H2 gas by an overall reaction represented by the following formula (1) or the following formula (2), and burning the generated flammable gas containing the CO gas and a combustion-supporting gas with a burner to form a flame inside a glass melting furnace.
- H2 gas when used as a combustible gas, H2 gas and CO2 gas are converted to generate at least CO gas, and the generated combustible gas containing CO gas and combustion supporting gas are burned by a burner. This can reduce the H2O gas concentration in the combustion gas and the H2O gas concentration in the furnace atmosphere of a glass melting furnace.
- FIG. 1 is a diagram showing a glass manufacturing apparatus according to an embodiment.
- FIG. 3 is a diagram showing examples 1 to 14 of combinations of a combustible gas, a combustion supporting gas, an H 2 O gas concentration in the combustion gas, and an H 2 O gas concentration in the furnace atmosphere.
- FIG. 4 shows a first embodiment of a glass manufacturing apparatus including a recuperator and a reactor.
- FIG. 5 shows a second embodiment of a glass manufacturing apparatus including a recuperator and a reactor.
- FIG. 6 shows a third embodiment of a glass manufacturing apparatus including a recuperator and a reactor.
- FIG. 7 is a diagram showing a first embodiment of a glass manufacturing apparatus including a first heat accumulation chamber and a second heat accumulation chamber.
- the glass manufacturing apparatus 1 includes a glass melting furnace 10.
- the glass melting furnace 10 contains glass raw materials and molten glass obtained by melting the glass raw materials. After being removed from the glass melting furnace 10, the molten glass is formed into a desired shape and slowly cooled. In this way, a glass product is obtained.
- the glass raw material is prepared by mixing a plurality of types of materials.
- the glass raw material may contain a clarifier.
- the glass raw material may contain glass cullet in order to recycle the glass.
- the glass raw material may be a powder raw material or a granulated raw material obtained by granulating the powder raw material.
- the glass raw material is determined according to the composition of the glass product.
- the glass melting furnace 10 is made of firebricks.
- Firebricks include, for example, zirconia-based electrocast bricks, alumina-based electrocast bricks, alumina-zirconia-based electrocast bricks, AZS (Al-Zr-Si)-based electrocast bricks, dense fired bricks, etc.
- the glass melting furnace 10 may be made of multiple types of firebricks.
- the glass manufacturing apparatus 1 includes a burner 20.
- the burner 20 forms a flame inside the glass melting furnace 10.
- the flame heats the glass raw materials and the molten glass.
- the glass raw materials are added from above to the liquid surface of the molten glass, forming a layer on at least a portion of the liquid surface.
- the glass raw materials gradually melt into the molten glass.
- FIG. 1 there are usually multiple burners 20.
- the glass manufacturing apparatus 1 may also use multiple electrodes (not shown) as a heat source.
- the multiple electrodes apply an AC voltage to the molten glass, thereby electrically heating the molten glass. In this case, the molten glass generates heat.
- the glass manufacturing apparatus 1 may also use an electric heater (not shown) as a heat source. The electric heater generates heat by itself. It is sufficient that the glass manufacturing apparatus 1 is equipped with at least a burner 20 as a heat source.
- the burner 20 forms a flame by burning a combustible gas and a combustion-supporting gas.
- H2 gas more specifically, a gas obtained by transforming H2 gas as described later
- the amount of CO2 gas generated and therefore the amount of CO2 gas emitted can be reduced compared to the case of using CH4 gas.
- H2 gas may be used as at least a part of the combustible gas, and natural gas may be used in combination. Since natural gas contains CH4 gas as a main component, the less natural gas used, the better. From the viewpoint of reducing the amount of CO2 gas generated, the amount of natural gas used is preferably 0% by volume to 50% by volume, more preferably 0% by volume to 25% by volume, and even more preferably 0% by volume.
- H2 gas When H2 gas is burned instead of CH4 gas, H2O gas is generated by the reaction between H2 gas and O2 gas, and CO2 gas is not generated.
- the H2O gas concentration in the furnace atmosphere increases because CO2 gas is not generated. This is remarkable when pure oxygen gas is used as the combustion supporting gas.
- pure oxygen gas the H2O gas concentration in the furnace atmosphere can theoretically be 100% by volume.
- the glass frit may release gas when melted.
- the glass frit may release CO2 gas when melted. Therefore, the H2O gas concentration in the furnace atmosphere is actually less than 100% by volume.
- H2O gas concentration in the furnace atmosphere is too high, NaOH gas derived from Na contained in the molten glass is likely to be generated, and furnace materials such as bricks are likely to corrode.
- the H2O gas concentration in the furnace atmosphere is too high, the moisture concentration in the molten glass is too high, which may result in a deterioration in the quality of the glass.
- combustion supporting gas instead of pure oxygen gas
- the H2O gas concentration in the furnace atmosphere can be reduced.
- N2 gas which occupies most of the air, does not contribute to combustion
- Combustion gas refers to the gas (including N2 gas that does not contribute to combustion) remaining after the combustion reaction between combustible gas and combustion supporting gas.
- a heat regenerator is provided next to the glass melting furnace 10.
- the combustion supporting gas does not contain N2 gas. Therefore, the amount of combustion gas discharged is small and a heat regenerator is not required, so that the degree of freedom in designing the glass melting furnace 10 is increased.
- the N2 gas that does not contribute to combustion is not heated unnecessarily, and the glass can be efficiently heated by the combustion heat. Furthermore, the generation of NOx gas can be suppressed.
- oxygen-enriched air is a mixed gas of pure oxygen gas and air, and has a higher oxygen gas concentration than air.
- the glass manufacturing apparatus 1 of the present embodiment includes a gas transformation unit 30 that transforms H2 gas in order to reduce the H2O gas concentration in the furnace atmosphere.
- One or more gas transformation units 30 (one in FIG. 1) are provided.
- the gas transformation unit 30 generates at least CO gas and H2O gas from CO2 gas and H2 gas by a general reaction represented by the following formula (1) or (2).
- CO2 gas and H2 gas are reactants, and CO gas and H2O gas are products.
- the products may further include H2 gas or CO2 gas .
- x represents the molar ratio of CO2 gas to H2 gas supplied to the gas shifter 30.
- the molar ratio x is greater than 0.00. In general, the molar ratio corresponds to the volume ratio.
- the gas shifting unit 30 may simultaneously proceed with a reaction whose overall reaction is represented by formula (1) or formula (2). Therefore, the gas shifting unit 30 may be supplied with CO2 gas and H2 gas as reactants, and may be supplied with other gases.
- ⁇ H is the amount of change in enthalpy (kJ/mol). Enthalpy is also called heat content.
- the reaction in which the overall reaction is represented by formula (1) or formula (2) is an endothermic reaction.
- the product of the endothermic reaction (CO gas) potentially contains a larger amount of heat than the reactant of the endothermic reaction ( H2 gas).
- the overall reaction represented by formula (1) or formula (2) includes, for example, at least one of the following: (A) a reverse water gas shift (RWGS) reaction; (B) a combination of a methanation reaction and a dry reforming (DRM) reaction; and (C) a combination of a methanation reaction and a steam reforming (STR) reaction.
- RWGS reverse water gas shift
- DRM dry reforming
- STR steam reforming
- (A) can reduce the number of reactions used and simplify the device configuration.
- (B) and (C) can lower the reaction temperature compared to (A).
- the reverse shift reaction is represented by the following formula (3).
- the methanation reaction is represented by the following formula (4).
- the DRM reaction is represented by the following formula (5).
- the STR reaction is represented by the following formula (6).
- the reverse shift reaction is an endothermic reaction.
- the methanation reaction is an exothermic reaction.
- the DRM reaction is an endothermic reaction.
- the STR reaction is an endothermic reaction.
- the endothermic reaction product (CO gas) potentially contains a larger amount of heat than the endothermic reaction reactant ( H2 gas or CH4 gas). Therefore, by burning the endothermic reaction product (CO gas), it is possible to obtain a larger combustion heat than by burning the endothermic reaction reactant ( H2 gas or CH4 gas).
- the gas transformation unit 30 supplies products such as CO gas to the burner 20.
- the gas supplied includes, for example, CO gas and H2O gas (see formula (1) and formula (2)).
- the gas supplied may further include H2 gas (see formula (1)) or CO2 gas (see formula (2)).
- the gas supplied may include both H2 gas and CO2 gas.
- the burner 20 combusts the flammable gas containing the CO gas generated in the gas shifting section 30 and the combustion supporting gas to form a flame inside the glass melting furnace 10.
- the combustion heat per mole can be improved compared to burning the H2 gas.
- the combustion reaction of CO gas is expressed by the following formula (7)
- the combustion reaction of H2 gas is expressed by the following formula (8).
- the lower heating value is used as the combustion heat of H2 gas.
- the combustion reaction of the combustible gas and the combustion supporting gas by the burner 20 is expressed, for example, by the following formula (9) or the following formula (10).
- Equation (9) represents the combustion reaction of the product obtained by equation (1).
- equation (10) represents the combustion reaction of the product obtained by equation (2).
- x represents the molar ratio of CO2 gas to H2 gas supplied to the gas shift converter 30. The molar ratio x is greater than 0.00.
- the combustion reaction between the combustible gas and the combustion-supporting gas needs to include at least the combustion reactions represented by formulas (9) and (10), and may further include other combustion reactions.
- the burner 20 burns the combustible gas containing CO gas generated in the gas shifter 30 and the combustion supporting gas. Therefore, the combustion gas contains not only H2O gas but also CO2 gas. This is also clear from formulas (9) and (10).
- the H2O gas can be diluted with the CO2 gas, and the H2O gas concentration in the furnace atmosphere can be reduced.
- furnace atmosphere includes the gas released by the glass frit when melting the glass frit in addition to the combustion gas. Therefore, the H2O gas concentration in the furnace atmosphere is lower than the H2O gas concentration in the combustion gas.
- the H2O gas concentration in the furnace atmosphere depends on the type of glass raw material, but is mainly determined by the types of combustible gas and combustion supporting gas. Therefore, in this embodiment, the H2O gas concentration in the combustion gas is adopted as a parameter to be controlled.
- the H2O gas concentration in the combustion gas is preferably 67% by volume or less.
- molten glass has been produced by burning CH4 gas and O2 gas (pure oxygen gas), and it has been confirmed that if the H2O gas concentration in the combustion gas is 67% by volume or less, there is no problem with the quality of glass products or corrosion of furnace materials.
- the molar ratio x is preferably 0.50 or more so that the H2O gas concentration in the combustion gas is 67 volume % or less (see FIG. 3).
- the H2O gas concentration in the combustion gas is more preferably 65 volume % or less.
- the molar ratio x is more preferably 0.55 or more so that the H2O gas concentration in the combustion gas is 65 volume % or less (see FIG. 3).
- the lower limit of the H2O gas concentration in the combustion gas is not particularly limited, but from the viewpoint of feasibility, it is preferable that it is 20% by volume or more. In order to make the H2O gas concentration in the combustion gas 20% by volume or more, it is preferable that the molar ratio x is 4.00 or less (see FIG. 3).
- the molar ratio x is 1.00 or less. If the molar ratio x is 1.00 or less, the combustion reaction is expressed by formula (9). On the other hand, if the molar ratio x exceeds 1.00, the combustion reaction is expressed by formula (10). As is clear from formula (10), if the molar ratio x exceeds 1.00, there is (x-1) moles of CO2 gas that does not contribute to combustion. This CO2 gas not only does not generate combustion heat, but also consumes combustion heat in vain. If the molar ratio x is 1.00 or less, there is no need to heat the (x-1) moles of CO2 gas that does not contribute to combustion in vain, and the glass can be efficiently heated by the combustion heat.
- a dedicated supply source such as a gas cylinder (not shown) may be used to supply CO2 gas to the gas shift converter 30, but in this embodiment, a circulation line 50 is used.
- the circulation line 50 supplies at least a portion of the CO2 gas contained in the combustion gas from the glass melting furnace 10 to the gas shift converter 30. At least a portion of the CO2 gas discharged from the glass melting furnace 10 can be used as a reactant for the overall reaction.
- the CO2 gas can be circulated, and the amount of CO2 gas discharged can be reduced.
- a dehydration tank 51 is preferably provided in the middle of the circulation line 50.
- the dehydration tank 51 separates H 2 O gas and CO 2 gas by removing H 2 O gas from the combustion gas. At least a part of the separated CO 2 gas can be used as a reactant for the overall reaction.
- the supply of H 2 O gas to the gas shifter 30 can be restricted, and the H 2 O gas concentration in the furnace atmosphere of the glass melting furnace 10 can be reduced.
- the dehydration tank 51 only needs to remove at least a part of the H 2 O gas, but in this embodiment, it removes substantially all of the H 2 O gas.
- the glass manufacturing apparatus 1 preferably recovers heat from the combustion gas burned by the burner 20 and uses the recovered heat to advance the overall reaction represented by formula (1) or formula (2). By recovering heat from the burned combustion gas, energy waste can be reduced.
- a recuperator or a heat storage chamber which will be described later, is used. The heat recovery means and the like will be described below.
- the glass manufacturing apparatus 1 includes a glass melting furnace 10, a burner 20, a recuperator 60, and a reactor 70.
- the reactor 70 is an example of a gas transformation section 30, and for example, advances a reverse shift reaction. Below, differences from the glass manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1 will be mainly described.
- the recuperator 60 heats the heat medium by heat exchange with the combustion gas discharged from the glass melting furnace 10.
- the heat medium may be gas or liquid, but since the temperature of the combustion gas is high, it is preferable that the heat medium is gas in order to prevent boiling.
- the heat medium is preferably air.
- the recuperator 60 transfers heat between the combustion gas and the heat medium (e.g., air) without mixing them.
- the recuperator 60 is provided outside the glass melting furnace 10 in FIG. 4, but may be provided inside the glass melting furnace 10.
- One or more recuperators 60 are provided.
- the recuperator 60 is thermally connected to the reactor 70 via a heat transport line 80.
- the heat transport line 80 transports the heat medium from the recuperator 60 to the reactor 70.
- the reactor 70 heats the CO2 gas and H2 gas by heat exchange with the heat medium heated by the recuperator 60 to promote the reverse shift reaction, and generates at least CO gas from the CO2 gas and H2 gas.
- the CO2 gas and H2 gas are reactants, and the CO gas and H2O gas are products (see formula (3)).
- the products may further include H2 gas or CO2 gas (see formulas (1) and (2)).
- the reactor 70 transfers heat between the reactants and products of the reverse shift reaction without mixing them with a heat medium (e.g., air).
- the reverse shift reaction is an endothermic reaction
- heat can be efficiently recovered from the heat medium, and the heat recovered from the combustion gas can be efficiently used.
- the product of the endothermic reaction CO gas
- H2 gas reactant of the endothermic reaction
- the combustion heat per mole can be improved compared to burning H2 gas (see formulas (7) and (8)).
- the energy consumption rate is the amount of energy consumed from outside the system to produce one ton of molten glass.
- the reactions occurring in the reactor 70 may be endothermic reactions overall, and may include reactions other than the reverse shift reaction. Therefore, the reactants and products in the reactor 70 are not particularly limited.
- the products (i.e., combustible gas) generated in the reactor 70 are supplied to the burner 20 via the first supply line 21.
- the combustion supporting gas is supplied to the burner 20 via the second supply line 22.
- the glass manufacturing apparatus 1 preferably includes a circulation line 50.
- the circulation line 50 supplies at least a part of the CO2 gas contained in the combustion gas burned by the burner 20 from the glass melting furnace 10 to the reactor 70. At least a part of the CO2 gas discharged from the glass melting furnace 10 can be used as a reactant for the reverse shift reaction.
- the CO2 gas can be circulated, and the amount of CO2 gas discharged can be reduced.
- the glass manufacturing apparatus 1 includes a dehydration tank 51 in the circulation line 50.
- the dehydration tank 51 separates H 2 O gas and CO 2 gas by removing H 2 O gas from the combustion gas.
- the circulation of H 2 O gas can be restricted while allowing the circulation of CO 2 gas.
- H 2 O gas not only does not generate combustion heat, but also consumes the combustion heat in vain. If the circulation of H 2 O gas can be restricted, the H 2 O gas that does not contribute to combustion is not heated in vain, and the glass can be efficiently heated by the combustion heat.
- the circulation of H 2 O gas can be restricted, the H 2 O gas concentration in the furnace atmosphere can be reduced.
- the dehydration tank 51 for example, removes substantially all H 2 O gas from the combustion gas.
- the desulfurization tank 52 removes sulfur-containing gas from the combustion gas.
- the sulfur contained in the sulfur-containing gas originates from the glass raw materials, for example, from the fining agent.
- the recuperator 60 and reactor 70 use a heat medium to recover heat from the combustion gas, so they can restrict the combustion gas from flowing directly into the reactor 70, and can keep the reactor 70 clean. Therefore, if the reactor 70 contains a metal catalyst, deterioration of the metal catalyst can be suppressed.
- the reactor 70 may have a metal catalyst.
- the metal catalyst promotes the reverse shift reaction.
- the metal catalyst increases the reaction rate of the reverse shift reaction, allowing the reaction to reach equilibrium in a short time. By increasing the reaction rate of the reverse shift reaction, the metal catalyst can also reduce the volume of the reactor 70.
- As the metal catalyst copper (Cu) or nickel (Ni) is used. Note that if the reaction rate is sufficiently fast, the metal catalyst may not be necessary.
- the glass manufacturing apparatus 1 preferably includes a heat exchanger 23.
- the heat exchanger 23 is provided midway along the second supply line 22, and preheats the combustion-supporting gas (e.g., pure oxygen gas) by heat exchange with the heat medium heated in the recuperator 60. This allows for effective use of the heat recovered from the combustion gas, and reduces the energy consumption rate of the molten glass.
- the heat exchanger 23 transfers heat between the combustion-supporting gas and the heat medium (e.g., air) without mixing them.
- the heat transport line 80 transports the heat transfer medium from the recuperator 60 to the heat exchanger 23.
- the heat transport line 80 transports the heat transfer medium from the recuperator 60 to the reactor 70, and then transports the heat transfer medium from the reactor 70 to the heat exchanger 23.
- the reactants of the reverse shift reaction can be heated before the combustion-supporting gas is heated, making it easier to secure the heat required to advance the reverse shift reaction.
- the glass manufacturing apparatus 1 preferably includes a second heat exchanger 24 and a second dehydration tank 25.
- the second heat exchanger 24 transfers heat from the product of the reactor 70 to the combustion supporting gas at a first point where the first supply line 21 overlaps with the second supply line 22.
- the second heat exchanger 24 transfers heat between the product of the reactor 70 and the combustion supporting gas without mixing them.
- the second dehydration tank 25 removes H 2 O gas from the product of the reactor 70 at a second point downstream of the first point of the first supply line 21.
- the second dehydration tank 25 only needs to remove at least a portion of the H 2 O gas, but in this embodiment, it removes substantially all of the H 2 O gas.
- the second dehydration tank 25 removes H 2 O gas from the product of the reactor 70, for example, by cooling the product of the reactor 70. H 2 O gas not only does not generate combustion heat, but also wastes the combustion heat.
- the second dehydration tank 25 limits the supply of H 2 O gas to the burner 20. This avoids wasteful heating of H 2 O gas that does not contribute to combustion, and allows the glass to be efficiently heated by the combustion heat. In addition, the H 2 O gas concentration in the furnace atmosphere can be reduced.
- the second heat exchanger 24 transfers heat from the product of the reactor 70 to the combustion-supporting gas. This allows the heat recovered from the combustion gas to be used efficiently, reducing the energy consumption of the molten glass.
- the glass manufacturing apparatus 1 includes a glass melting furnace 10, a first burner 20A, a second burner 20B, a first heat storage chamber 90A, and a second heat storage chamber 90B.
- the first heat storage chamber 90A and the second heat storage chamber 90B are an example of a gas transformation section 30, and promote, for example, a reverse shift reaction.
- differences from the glass manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1 will be mainly described.
- the first heat storage chamber 90A and the second heat storage chamber 90B are used in combination with the first burner 20A and the second burner 20B. Note that while there is one first heat storage chamber 90A in FIG. 7, there may be more than one. Similarly, the number of second heat storage chambers 90B, the number of first burners 20A, and the number of second burners 20B may be one or more.
- the glass manufacturing apparatus 1 alternately repeats the process of the first burner 20A forming a flame inside the glass melting furnace 10 and the second burner 20B forming a flame inside the glass melting furnace 10.
- Figure 7 shows the state in which the first burner 20A forms a flame inside the glass melting furnace 10.
- the first heat regenerator 90A recovers heat from the combustion gas discharged from the glass melting furnace 10 while the second burner 20B forms a flame inside the glass melting furnace 10.
- the first heat regenerator 90A releases the previously recovered heat to promote a reverse shift reaction that generates at least CO gas from CO2 gas and H2 gas while the first burner 20A forms a flame inside the glass melting furnace 10.
- the first burner 20A forms a flame inside the glass melting furnace 10 by combusting the combustible gas containing CO gas and the combustion supporting gas generated in the first heat regenerator 90A.
- the second heat regenerator 90B recovers heat from the combustion gas discharged from the glass melting furnace 10 while the first burner 20A forms a flame inside the glass melting furnace 10.
- the second heat regenerator 90B releases the previously recovered heat to promote a reverse shift reaction that produces at least CO gas from CO2 gas and H2 gas while the second burner 20B forms a flame inside the glass melting furnace 10.
- the second burner 20B forms a flame inside the glass melting furnace 10 by combusting the combustible gas containing CO gas and the combustion supporting gas produced in the second heat regenerator 90B.
- the combustion gas flows directly into the first heat storage chamber 90A and the second heat storage chamber 90B.
- the heat of the combustion gas is stored in the hearths of the first heat storage chamber 90A and the second heat storage chamber 90B.
- the first heat storage chamber 90A and the second heat storage chamber 90B heat the CO2 gas and the H2 gas to promote a reverse shift reaction, and generate at least CO gas from the CO2 gas and the H2 gas.
- the CO2 gas and the H2 gas are reactants, and the CO gas and the H2O gas are products (see formula (3)).
- the products may further include H2 gas or CO2 gas (see formula (1) and formula (2)).
- the reverse shift reaction is an endothermic reaction, it is possible to efficiently recover heat from the combustion gas and efficiently utilize the heat of the combustion gas.
- the product of the endothermic reaction CO gas
- H2 gas the reactant of the endothermic reaction
- the reactions occurring in the first heat storage chamber 90A and the second heat storage chamber 90B may be endothermic reactions overall, and may include reactions other than the reverse shift reaction. Therefore, there are no particular limitations on the reactants and products in the first heat storage chamber 90A and the second heat storage chamber 90B.
- the glass manufacturing apparatus 1 preferably includes a circulation line 50.
- the circulation line 50 supplies at least a part of the CO2 gas contained in the combustion gas discharged from the glass melting furnace 10 from the second heat storage chamber 90B to the first heat storage chamber 90A while the first burner 20A forms a flame inside the glass melting furnace 10.
- At least a part of the CO2 gas discharged from the glass melting furnace 10 can be used as a reactant for the reverse shift reaction.
- the CO2 gas can be circulated, and the amount of CO2 gas discharged can be reduced.
- the circulation line 50 may supply at least a part of the CO2 gas contained in the combustion gas discharged from the glass melting furnace 10 from the first heat regenerator 90A to the second heat regenerator 90B while the second burner 20B forms a flame inside the glass melting furnace 10.
- the circulation line 50 for circulating the CO2 gas while the first burner 20A forms a flame inside the glass melting furnace 10 and the circulation line 50 for circulating the CO2 gas while the second burner 20B forms a flame inside the glass melting furnace 10 are the same in this embodiment, but may be different or may be provided separately.
- the glass manufacturing apparatus 1 includes a dehydration tank 51 in the middle of the circulation line 50.
- the dehydration tank 51 separates H 2 O gas and CO 2 gas by removing H 2 O gas from the combustion gas.
- the circulation of H 2 O gas can be restricted while allowing the circulation of CO 2 gas.
- H 2 O gas not only does not generate combustion heat, but also consumes the combustion heat in vain. If the circulation of H 2 O gas can be restricted, the H 2 O gas that does not contribute to combustion is not heated in vain, and the glass can be efficiently heated by the combustion heat.
- the circulation of H 2 O gas can be restricted, the H 2 O gas concentration in the furnace atmosphere can be reduced.
- the dehydration tank 51 only needs to remove at least a part of the H 2 O gas, in this embodiment, substantially all of the H 2 O gas is removed.
- the desulfurization tank 52 removes sulfur-containing gas from the combustion gas.
- the sulfur contained in the sulfur-containing gas originates from the glass raw materials, for example, from the fining agent.
- Appendix 6 The method for producing a glass according to any one of Appendices 1 to 5, wherein the overall reaction represented by formula (1) or formula (2) includes at least one of (A) a reverse shift reaction, (B) a combination of a methanation reaction and a dry reforming reaction, and (C) a combination of a methanation reaction and a steam reforming reaction.
- Appendix 7 The method for producing glass according to any one of Appendices 1 to 6, wherein heat recovered from a combustion gas combusted in the burner is used for the overall reaction represented by the formula (1) or the formula (2).
- [Appendix 8] A gas conversion unit that generates at least CO gas from CO2 gas and H2 gas by an overall reaction represented by formula (1) or formula (2) described in the specification; a burner that forms a flame inside the glass melting furnace by combusting the flammable gas containing the CO gas generated in the gas shifting unit and a combustion supporting gas;
- a glass manufacturing apparatus comprising: [Appendix 9] The glass manufacturing apparatus according to claim 8, wherein a H 2 O gas concentration in the combustion gas combusted by the burner is 67 volume % or less.
- [Appendix 10] The glass manufacturing apparatus according to claim 8 or 9, further comprising a circulation line for supplying at least a portion of the CO2 gas contained in the combustion gas burned by the burner from the glass melting furnace to the gas transformer.
- the overall reaction represented by the formula (1) or the formula (2) includes at least one of (A) a reverse shift reaction, (B) a combination of a methanation reaction and a dry reforming reaction, and (C) a combination of a methanation reaction and a steam reforming reaction.
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Abstract
Description
本開示は、ガラス製造方法、及びガラス製造装置に関する。 This disclosure relates to a glass manufacturing method and a glass manufacturing apparatus.
ガラス製造装置は、ガラス溶融炉の内部に火炎を形成するバーナーを備える。バーナーは、可燃性ガスと支燃性ガスを燃焼することで、火炎を形成する。可燃性ガスは、例えば天然ガスである。天然ガスは、CH4ガスを主成分として含む。支燃性ガスは、例えば純酸素ガス又は空気である。火炎は、ガラス原料と、ガラス原料を溶解してなる溶融ガラスとを加熱する。 The glass manufacturing apparatus includes a burner that forms a flame inside a glass melting furnace. The burner forms the flame by burning a combustible gas and a combustion supporting gas. The combustible gas is, for example, natural gas. The natural gas contains CH4 gas as a main component. The combustion supporting gas is, for example, pure oxygen gas or air. The flame heats glass raw materials and molten glass obtained by melting the glass raw materials.
上記の通り、支燃性ガスとして空気が用いられることがある。この場合、空気の大部分を占めるN2ガスは燃焼に寄与しないので、大量の空気が使用され、大量の燃焼ガスがガラス溶融炉から排出される。燃焼ガスとは、可燃性ガスと支燃性ガスの燃焼反応後に残るガス(燃焼反応に寄与しないN2ガスも含む。)のことである。大量に排出される燃焼ガスの熱を回収すべく、ガラス溶融炉の隣に第1蓄熱室と第2蓄熱室が設けられることがある。 As mentioned above, air may be used as the combustion supporting gas. In this case, since the N2 gas, which occupies most of the air, does not contribute to combustion, a large amount of air is used and a large amount of combustion gas is discharged from the glass melting furnace. Combustion gas refers to the gas remaining after the combustion reaction between the combustible gas and the combustion supporting gas (including N2 gas that does not contribute to the combustion reaction). In order to recover the heat of the combustion gas discharged in large quantities, a first heat regenerator and a second heat regenerator may be provided next to the glass melting furnace.
第1蓄熱室と第2蓄熱室は、第1バーナーと第2バーナーと組み合わせて用いられる。ガラス製造装置は、第1バーナーがガラス溶融炉の内部に火炎を形成することと、第2バーナーがガラス溶融炉の内部に火炎を形成することと、を交互に繰り返し実施する。 The first and second heat storage chambers are used in combination with the first and second burners. The glass manufacturing apparatus alternately repeats the process of the first burner forming a flame inside the glass melting furnace and the second burner forming a flame inside the glass melting furnace.
第1蓄熱室は、第2バーナーがガラス溶融炉の内部に火炎を形成する間に、ガラス溶融炉から排出された燃焼ガスから熱を回収する。第1蓄熱室は、第1バーナーがガラス溶融炉の内部に火炎を形成する間に、予め回収した熱を放出して可燃性ガスと支燃性ガスの少なくとも一方を加熱する。第1バーナーは、第1蓄熱室で少なくとも一方を加熱した可燃性ガスと支燃性ガスを燃焼することで、ガラス溶融炉の内部に火炎を形成する。 The first heat storage chamber recovers heat from the combustion gas discharged from the glass melting furnace while the second burner forms a flame inside the glass melting furnace. The first heat storage chamber releases the heat previously recovered to heat at least one of the combustible gas and the combustion supporting gas while the first burner forms a flame inside the glass melting furnace. The first burner forms a flame inside the glass melting furnace by combusting the combustible gas and the combustion supporting gas, at least one of which has been heated in the first heat storage chamber.
同様に、第2蓄熱室は、第1バーナーがガラス溶融炉の内部に火炎を形成する間に、ガラス溶融炉から排出された燃焼ガスから熱を回収する。第2蓄熱室は、第2バーナーがガラス溶融炉の内部に火炎を形成する間に、予め回収した熱を放出して可燃性ガスと支燃性ガスの少なくとも一方を加熱する。第2バーナーは、第2蓄熱室で少なくとも一方を加熱した可燃性ガスと支燃性ガスを燃焼することで、ガラス溶融炉の内部に火炎を形成する。 Similarly, the second heat storage chamber recovers heat from the combustion gas discharged from the glass melting furnace while the first burner forms a flame inside the glass melting furnace. The second heat storage chamber releases the heat previously recovered to heat at least one of the combustible gas and the combustion supporting gas while the second burner forms a flame inside the glass melting furnace. The second burner forms a flame inside the glass melting furnace by combusting the combustible gas and the combustion supporting gas, at least one of which has been heated in the second heat storage chamber.
特許文献1の第1蓄熱室は、第1バーナーがガラス溶融炉の内部に火炎を形成する間に熱を放出して吸熱反応を進める。吸熱反応の一例として、CH4ガスとH2OガスとCO2ガスとから、COガスとH2ガスを生成する反応が開示されている。第1蓄熱室で生成したCOガスとH2ガスが可燃性ガスとして第1バーナーに供給される。
The first heat storage chamber of
また、上記の通り、支燃性ガスとして純酸素ガスが用いられることがある。この場合、支燃性ガスがN2ガスを含まない。それゆえ、燃焼ガスの排出量が少なく、蓄熱室が不要になるので、ガラス溶融炉の設計の自由度が高くなる。また、燃焼に寄与しないN2ガスを無駄に加熱せずに済み、燃焼熱でガラスを効率良く加熱できる。さらに、NOXガスの生成を抑制できる。 As mentioned above, pure oxygen gas may be used as the combustion supporting gas. In this case, the combustion supporting gas does not contain N2 gas. Therefore, the amount of combustion gas discharged is small and a heat regenerator is not required, so that the design freedom of the glass melting furnace is increased. In addition, the N2 gas that does not contribute to combustion is not heated unnecessarily, and the glass can be efficiently heated by the combustion heat. Furthermore, the generation of NOx gas can be suppressed.
ガラス溶融炉から排出される燃焼ガスの熱を回収する手段として、蓄熱室(regenerator)の代わりに、復熱器(recuperator)が用いられることもある。 In place of a regenerator, a recuperator is sometimes used as a means of recovering heat from the combustion gases discharged from the glass melting furnace.
特許文献2の復熱器は、燃焼ガスとの熱交換によって空気を加熱する。空気は、復熱器から反応器に熱を輸送する。反応器は、復熱器で加熱した空気との熱交換によって天然ガスを加熱し、天然ガスに含まれるCmHnガス(mとnは2以上の整数)からCH4ガスを生成する吸熱反応を進める。
The recuperator of
特許文献3には、ガラス溶融炉の炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度が高過ぎると、溶融ガラスに含まれる水分濃度が高過ぎ、ガラスの品質が低くなる(例えばフロートガラスのボトム面に欠点が生じる)ことが開示されている。 Patent Document 3 discloses that if the H 2 O gas concentration in the atmosphere inside a glass melting furnace is too high, the moisture concentration in the molten glass will be too high, resulting in poor glass quality (for example, defects will occur on the bottom surface of float glass).
バーナーで燃焼する可燃性ガスとして一般的に天然ガスが用いられている。天然ガスは主成分としてCH4ガスを含む。CH4ガスを燃焼すると、CO2ガスが発生してしまう。そこで、CO2ガスの発生量ひいてはCO2ガスの排出量を低減すべく、CH4ガスの代わりにH2ガスを使用することが考えられる。 Natural gas is generally used as a combustible gas burned in a burner. Natural gas contains CH4 gas as a main component. When CH4 gas is burned, CO2 gas is generated. Therefore, in order to reduce the amount of CO2 gas generated and thus the amount of CO2 gas discharged, it is conceivable to use H2 gas instead of CH4 gas.
CH4ガスの代わりにH2ガスを燃焼すると、H2ガスとO2ガスの反応によってH2Oガスが発生し、CO2ガスが発生しない。但し、CO2ガスが発生しない分、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度が高くなる。これは、支燃性ガスとして純酸素ガスを使用する場合に顕著である。純酸素ガスを使用する場合、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度は理論的には100体積%になりうる。 When H2 gas is burned instead of CH4 gas, H2O gas is generated by the reaction between H2 gas and O2 gas, and CO2 gas is not generated. However, the H2O gas concentration in the furnace atmosphere increases because CO2 gas is not generated. This is remarkable when pure oxygen gas is used as the combustion supporting gas. When pure oxygen gas is used, the H2O gas concentration in the furnace atmosphere can theoretically be 100% by volume.
なお、ガラス原料は、溶解時に、ガスを放出することがある。例えばガラス原料が炭酸カルシウム又は炭酸マグネシウムなどの炭酸塩を含む場合、ガラス原料は溶解時にCO2ガスを放出する。それゆえ、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度は、実際には100体積%未満になる。 In addition, the glass frit may release gas when melted. For example, if the glass frit contains carbonate such as calcium carbonate or magnesium carbonate, the glass frit will release CO2 gas when melted. Therefore, the H2O gas concentration in the furnace atmosphere is actually less than 100% by volume.
炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度が高過ぎる場合、溶融ガラスに含まれるNaに由来するNaOHガスが発生しやすく、レンガなどの炉材が腐食しやすい。あるいは、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度が高過ぎる場合、溶融ガラスに含まれる水分濃度が高過ぎ、ガラスの品質が低くなることがある。 If the H2O gas concentration in the furnace atmosphere is too high, NaOH gas derived from Na contained in the molten glass is likely to be generated, and furnace materials such as bricks are likely to corrode. Alternatively, if the H2O gas concentration in the furnace atmosphere is too high, the moisture concentration in the molten glass may be too high, resulting in a deterioration in the quality of the glass.
本開示の一態様は、可燃性ガスとしてH2ガスを使用する場合に、ガラス溶融炉の炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度を低減する、技術を提供する。 One aspect of the present disclosure provides a technique for reducing the H 2 O gas concentration in the furnace atmosphere of a glass melting furnace when H 2 gas is used as a combustible gas.
本開示の一態様に係るガラス製造方法は、総括反応が下記式(1)又は下記式(2)で表される反応によって、CO2ガスとH2ガスから少なくともCOガスを生成することと、前記生成したCOガスを含む可燃性ガスと支燃性ガスとをバーナーで燃焼することで、ガラス溶融炉の内部に火炎を形成することと、を有する。 A glass manufacturing method according to one embodiment of the present disclosure includes generating at least CO gas from CO2 gas and H2 gas by an overall reaction represented by the following formula (1) or the following formula (2), and burning the generated flammable gas containing the CO gas and a combustion-supporting gas with a burner to form a flame inside a glass melting furnace.
本開示の一態様によれば、可燃性ガスとしてH2ガスを使用する場合に、H2ガスとCO2ガスから少なくともCOガスを生成する変成を行い、生成したCOガスを含む可燃性ガスと支燃性ガスとをバーナーで燃焼する。これにより、燃焼ガスにおけるH2Oガス濃度を低減でき、ガラス溶融炉の炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度を低減できる。 According to one aspect of the present disclosure, when H2 gas is used as a combustible gas, H2 gas and CO2 gas are converted to generate at least CO gas, and the generated combustible gas containing CO gas and combustion supporting gas are burned by a burner. This can reduce the H2O gas concentration in the combustion gas and the H2O gas concentration in the furnace atmosphere of a glass melting furnace.
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。明細書中、数値範囲を示す「~」は、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。 Below, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that the same or corresponding configurations in each drawing will be given the same reference numerals, and descriptions may be omitted. In the specification, "~" indicating a numerical range means that the numerical values before and after it are included as the lower and upper limits.
図1を参照して、一実施形態に係るガラス製造装置1について説明する。ガラス製造装置1は、ガラス溶融炉10を備える。ガラス溶融炉10は、ガラス原料とガラス原料を溶解してなる溶融ガラスとを収容する。溶融ガラスは、ガラス溶融炉10から取り出された後、所望の形状に成形され、徐冷される。これにより、ガラス製品が得られる。
With reference to FIG. 1, a
ガラス原料は、複数種類の材料を混ぜて調製される。ガラス原料は、清澄剤を含んでもよい。ガラス原料は、ガラスをリサイクルすべく、ガラスカレットを含んでもよい。ガラス原料は、粉体原料でもよいし、粉体原料を造粒した造粒原料でもよい。ガラス原料は、ガラス製品の組成に応じて決定される。 The glass raw material is prepared by mixing a plurality of types of materials. The glass raw material may contain a clarifier. The glass raw material may contain glass cullet in order to recycle the glass. The glass raw material may be a powder raw material or a granulated raw material obtained by granulating the powder raw material. The glass raw material is determined according to the composition of the glass product.
ガラス溶融炉10は、耐火レンガで構成される。耐火レンガは、例えば、ジルコニア系電鋳レンガやアルミナ系電鋳レンガ、アルミナ・ジルコニア系電鋳レンガ、AZS(Al-Zr-Si)系電鋳レンガ、又はデンス焼成レンガなどを含む。ガラス溶融炉10は、複数種類の耐火レンガで構成されてもよい。
The
ガラス製造装置1は、バーナー20を備える。バーナー20は、ガラス溶融炉10の内部に火炎を形成する。火炎は、ガラス原料と溶融ガラスとを加熱する。ガラス原料は、溶融ガラスの液面に対して上方から投入され、液面の少なくとも一部の上に層を形成する。ガラス原料は、溶融ガラスに徐々に融け込む。バーナー20は、図1には1つのみ図示したが、通常は複数である。
The
なお、ガラス製造装置1は、熱源として、図示しない複数の電極を併用してもよい。複数の電極は、溶融ガラスに交流電圧を印可することで、溶融ガラスを通電加熱する。この場合、溶融ガラスが発熱する。また、ガラス製造装置1は、熱源として、図示しない電気ヒータを併用してもよい。電気ヒータは、自身が発熱する。ガラス製造装置1は、熱源として、少なくともバーナー20を備えていればよい。
The
バーナー20は、可燃性ガスと支燃性ガスを燃焼することで、火炎を形成する。本実施形態では、可燃性ガスの少なくとも一部として、H2ガス(より詳細には、後述するようにH2ガスを変成したガス)を使用する。H2ガスを使用することで、CH4ガスを使用する場合に比べて、CO2ガスの発生量ひいてはCO2ガスの排出量を低減できる。
The
なお、可燃性ガスの少なくとも一部として、H2ガスを使用すればよく、天然ガスを併用してもよい。天然ガスはCH4ガスを主成分として含むので、天然ガスの使用量は少ないほど好ましい。天然ガスの使用量は、CO2ガスの発生量を低減する観点から、好ましくは0体積%~50体積%であり、より好ましくは0体積%~25体積%であり、さらに好ましくは0体積%である。 In addition, H2 gas may be used as at least a part of the combustible gas, and natural gas may be used in combination. Since natural gas contains CH4 gas as a main component, the less natural gas used, the better. From the viewpoint of reducing the amount of CO2 gas generated, the amount of natural gas used is preferably 0% by volume to 50% by volume, more preferably 0% by volume to 25% by volume, and even more preferably 0% by volume.
CH4ガスの代わりにH2ガスを燃焼すると、H2ガスとO2ガスの反応によってH2Oガスが発生し、CO2ガスが発生しない。但し、CO2ガスが発生しない分、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度が高くなる。これは、支燃性ガスとして純酸素ガスを使用する場合に顕著である。純酸素ガスを使用する場合、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度は理論的には100体積%になりうる。 When H2 gas is burned instead of CH4 gas, H2O gas is generated by the reaction between H2 gas and O2 gas, and CO2 gas is not generated. However, the H2O gas concentration in the furnace atmosphere increases because CO2 gas is not generated. This is remarkable when pure oxygen gas is used as the combustion supporting gas. When pure oxygen gas is used, the H2O gas concentration in the furnace atmosphere can theoretically be 100% by volume.
なお、ガラス原料は、溶解時に、ガスを放出することがある。例えばガラス原料が炭酸カルシウム又は炭酸マグネシウムなどの炭酸塩を含む場合、ガラス原料は溶解時にCO2ガスを放出する。それゆえ、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度は、実際には100体積%未満になる。 In addition, the glass frit may release gas when melted. For example, if the glass frit contains carbonate such as calcium carbonate or magnesium carbonate, the glass frit will release CO2 gas when melted. Therefore, the H2O gas concentration in the furnace atmosphere is actually less than 100% by volume.
仮に炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度が高過ぎる場合、溶融ガラスに含まれるNaに由来するNaOHガスが発生しやすく、レンガなどの炉材が腐食しやすい。あるいは、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度が高過ぎる場合、溶融ガラスに含まれる水分濃度が高過ぎ、ガラスの品質が低くなることがある。 If the H2O gas concentration in the furnace atmosphere is too high, NaOH gas derived from Na contained in the molten glass is likely to be generated, and furnace materials such as bricks are likely to corrode. Alternatively, if the H2O gas concentration in the furnace atmosphere is too high, the moisture concentration in the molten glass is too high, which may result in a deterioration in the quality of the glass.
支燃性ガスとして、純酸素ガスの代わりに空気を使用すれば、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度を低減できる。この場合、空気の大部分を占めるN2ガスは燃焼に寄与しないので、大量の空気が使用され、大量の燃焼ガスがガラス溶融炉から排出される。燃焼ガスとは、可燃性ガスと支燃性ガスの燃焼反応後に残るガス(燃焼に寄与しないN2ガスも含む。)のことである。大量に排出される燃焼ガスの熱を回収するには、ガラス溶融炉10の隣に蓄熱室を設けることになる。
If air is used as the combustion supporting gas instead of pure oxygen gas, the H2O gas concentration in the furnace atmosphere can be reduced. In this case, since N2 gas, which occupies most of the air, does not contribute to combustion, a large amount of air is used and a large amount of combustion gas is discharged from the glass melting furnace. Combustion gas refers to the gas (including N2 gas that does not contribute to combustion) remaining after the combustion reaction between combustible gas and combustion supporting gas. In order to recover the heat of the combustion gas discharged in large amounts, a heat regenerator is provided next to the
一方、支燃性ガスとして、純酸素ガスを使用すれば、支燃性ガスがN2ガスを含まない。それゆえ、燃焼ガスの排出量が少なく、蓄熱室が不要になるので、ガラス溶融炉10の設計の自由度が高くなる。また、燃焼に寄与しないN2ガスを無駄に加熱せずに済み、燃焼熱でガラスを効率良く加熱できる。さらに、NOXガスの生成を抑制できる。
On the other hand, if pure oxygen gas is used as the combustion supporting gas, the combustion supporting gas does not contain N2 gas. Therefore, the amount of combustion gas discharged is small and a heat regenerator is not required, so that the degree of freedom in designing the
但し、支燃性ガスとして、純酸素ガスを使用すれば、空気を使用する場合に比べて、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度が高くなる。支燃性ガスとして、純酸素ガスの代わりに、酸素富化空気を使用する場合も、空気を使用する場合に比べて、H2Oガス濃度が高くなる。酸素富化空気は、純酸素ガスと空気の混合ガスであって、空気よりも高い酸素ガス濃度を有するガスである。 However, if pure oxygen gas is used as the combustion supporting gas, the H2O gas concentration in the furnace atmosphere will be higher than when air is used. If oxygen-enriched air is used as the combustion supporting gas instead of pure oxygen gas, the H2O gas concentration will also be higher than when air is used. Oxygen-enriched air is a mixed gas of pure oxygen gas and air, and has a higher oxygen gas concentration than air.
本実施形態のガラス製造装置1は、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度を低下すべく、H2ガスを変成するガス変成部30を備える。ガス変成部30は、1つ以上(図1では1つ)設けられる。ガス変成部30は、総括反応が下記式(1)又は下記式(2)で表される反応によって、CO2ガスとH2ガスから少なくともCOガスとH2Oガスを生成する。CO2ガスとH2ガスが反応物であり、COガスとH2Oガスが生成物である。生成物は、さらにH2ガス又はCO2ガスを含みうる。
The
なお、ガス変成部30は、総括反応が式(1)又は式(2)で表される反応を進めればよく、その反応とは異なる反応を同時に進めてもよい。それゆえ、ガス変成部30には、反応物としてCO2ガスとH2ガスが供給されればよく、それ以外のガスがさらに供給されてもよい。
The
図2に、総括反応が式(1)で表される反応の例(x=0.5)を示す。図2において、ΔHはエンタルピーの変化量(kJ/mol)である。エンタルピーは、熱含量とも呼ばれる。図2から明らかなように、総括反応が式(1)又は式(2)で表される反応は、吸熱反応である。吸熱反応の生成物(COガス)は、吸熱反応の反応物(H2ガス)よりも大きな熱量を潜在的に含んでいる。 FIG. 2 shows an example of a reaction (x=0.5) in which the overall reaction is represented by formula (1). In FIG. 2, ΔH is the amount of change in enthalpy (kJ/mol). Enthalpy is also called heat content. As is clear from FIG. 2, the reaction in which the overall reaction is represented by formula (1) or formula (2) is an endothermic reaction. The product of the endothermic reaction (CO gas) potentially contains a larger amount of heat than the reactant of the endothermic reaction ( H2 gas).
総括反応が式(1)又は式(2)で表される反応は、例えば(A)逆シフト(Reverse Water Gas Shift:RWGS)反応と、(B)メタネーション反応とドライリフォーミング(Dry Reforming:DRM)反応の組み合わせと、(C)メタネーション反応とスチームリフォーミング(Steam Reforming:STR)反応の組み合わせとの少なくとも1つを含む。 The overall reaction represented by formula (1) or formula (2) includes, for example, at least one of the following: (A) a reverse water gas shift (RWGS) reaction; (B) a combination of a methanation reaction and a dry reforming (DRM) reaction; and (C) a combination of a methanation reaction and a steam reforming (STR) reaction.
上記(A)は、上記(B)及び上記(C)に比べて、利用する反応の数を低減でき、装置構成を簡単化できる。一方、上記(B)及び上記(C)は、上記(A)に比べて、反応温度を低温化できる。ちなみに、逆シフト反応は、下記式(3)で表される。また、メタネーション反応は、下記式(4)で表される。DRM反応は、下記式(5)で表される。さらに、STR反応は、下記式(6)で表される。 Compared to (B) and (C), (A) can reduce the number of reactions used and simplify the device configuration. On the other hand, (B) and (C) can lower the reaction temperature compared to (A). Incidentally, the reverse shift reaction is represented by the following formula (3). The methanation reaction is represented by the following formula (4). The DRM reaction is represented by the following formula (5). Furthermore, the STR reaction is represented by the following formula (6).
ガス変成部30は、COガスなどの生成物をバーナー20に供給する。供給するガスは、例えばCOガスとH2Oガスを含む(式(1)及び式(2)参照)。供給するガスは、さらにH2ガス(式(1)参照)又はCO2ガス(式(2)参照)を含んでもよい。なお、供給するガスは、H2ガスとCO2ガスの両方を含んでもよい。
The
バーナー20は、ガス変成部30で生成したCOガスを含む可燃性ガスと、支燃性ガスとを燃焼することで、ガラス溶融炉10の内部に火炎を形成する。COガスを燃焼することで、H2ガスを燃焼するよりも、1モル当たりの燃焼熱を向上できる。
The
COガスの燃焼反応は下記式(7)で表され、H2ガスの燃焼反応は下記式(8)で表される。ここで、H2ガスの燃焼熱は低位発熱量を用いる。 The combustion reaction of CO gas is expressed by the following formula (7), and the combustion reaction of H2 gas is expressed by the following formula (8). Here, the lower heating value is used as the combustion heat of H2 gas.
バーナー20による可燃性ガスと支燃性ガスの燃焼反応は、例えば下記式(9)又は下記式(10)で表される。
The combustion reaction of the combustible gas and the combustion supporting gas by the
なお、可燃性ガスと支燃性ガスの燃焼反応は、少なくとも式(9)及び式(10)で表される燃焼反応を含めばよく、さらに別の燃焼反応を含んでもよい。 The combustion reaction between the combustible gas and the combustion-supporting gas needs to include at least the combustion reactions represented by formulas (9) and (10), and may further include other combustion reactions.
バーナー20は、上記の通り、ガス変成部30で生成したCOガスを含む可燃性ガスと、支燃性ガスとを燃焼する。それゆえ、燃焼ガスは、H2Oガスだけではなく、CO2ガスを含む。これは、式(9)及び式(10)からも明らかである。CO2ガスでH2Oガスを希釈でき、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度を低下できる。
As described above, the
図3に、可燃性ガスと、支燃性ガスと、燃焼ガスにおけるH2Oガス濃度と、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度との組み合わせの例1~例14を示す。炉内雰囲気は、燃焼ガスに加えて、ガラス原料の溶解時にガラス原料が放出するガスを含む。従って、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度は、燃焼ガスにおけるH2Oガス濃度よりも低くなる。 3 shows examples 1 to 14 of combinations of combustible gas, combustion supporting gas, H2O gas concentration in combustion gas, and H2O gas concentration in furnace atmosphere. The furnace atmosphere includes the gas released by the glass frit when melting the glass frit in addition to the combustion gas. Therefore, the H2O gas concentration in the furnace atmosphere is lower than the H2O gas concentration in the combustion gas.
図3に示すように、可燃性ガスとしてCH4ガスの代わりにH2ガスを使用すると、CO2ガスが発生しない分、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度が高くなる。これは、支燃性ガスとして純酸素ガスを使用する場合に顕著である。純酸素ガスを使用する場合、燃焼ガスにおけるH2Oガス濃度は100体積%であり、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度は88体積%である。 As shown in Fig. 3, when H2 gas is used as the combustible gas instead of CH4 gas, CO2 gas is not generated, and the H2O gas concentration in the furnace atmosphere is increased. This is remarkable when pure oxygen gas is used as the combustion supporting gas. When pure oxygen gas is used, the H2O gas concentration in the combustion gas is 100 volume %, and the H2O gas concentration in the furnace atmosphere is 88 volume %.
なお、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度は、ガラス原料の種類にも左右されるが、主に可燃性ガスと支燃性ガスの種類に応じて決まる。そこで、本実施形態では、燃焼ガスにおけるH2Oガス濃度を管理すべきパラメータとして採用する。 The H2O gas concentration in the furnace atmosphere depends on the type of glass raw material, but is mainly determined by the types of combustible gas and combustion supporting gas. Therefore, in this embodiment, the H2O gas concentration in the combustion gas is adopted as a parameter to be controlled.
燃焼ガスにおけるH2Oガス濃度は、好ましくは67体積%以下である。従来から、CH4ガスとO2ガス(純酸素ガス)を燃焼して溶融ガラスが製造されており、燃焼ガスにおけるH2Oガス濃度が67体積%以下であれば、ガラス製品の品質や炉材の腐食に関し問題が無いことが確認済みである。 The H2O gas concentration in the combustion gas is preferably 67% by volume or less. Conventionally, molten glass has been produced by burning CH4 gas and O2 gas (pure oxygen gas), and it has been confirmed that if the H2O gas concentration in the combustion gas is 67% by volume or less, there is no problem with the quality of glass products or corrosion of furnace materials.
燃焼ガスにおけるH2Oガス濃度が67体積%以下になるように、モル比xは0.50以上であることが好ましい(図3参照)。燃焼ガスにおけるH2Oガス濃度は、より好ましくは65体積%以下である。燃焼ガスにおけるH2Oガス濃度が65体積%以下になるように、モル比xは0.55以上であることがより好ましい(図3参照)。 The molar ratio x is preferably 0.50 or more so that the H2O gas concentration in the combustion gas is 67 volume % or less (see FIG. 3). The H2O gas concentration in the combustion gas is more preferably 65 volume % or less. The molar ratio x is more preferably 0.55 or more so that the H2O gas concentration in the combustion gas is 65 volume % or less (see FIG. 3).
燃焼ガスにおけるH2Oガス濃度の下限は、特に限定されないが、実現性の観点から、20体積%以上であることが好ましい。燃焼ガスにおけるH2Oガス濃度が20体積%以上になるように、モル比xは4.00以下であることが好ましい(図3参照)。
The lower limit of the H2O gas concentration in the combustion gas is not particularly limited, but from the viewpoint of feasibility, it is preferable that it is 20% by volume or more. In order to make the H2O gas concentration in the
モル比xは、1.00以下であることがより好ましい。モル比xが1.00以下であれば、燃焼反応は式(9)で表される。一方、モル比xが1.00を超える場合、燃焼反応は式(10)で表される。式(10)から明らかなように、モル比xが1.00を超える場合、燃焼に寄与しない(x-1)モルのCO2ガスが存在する。このCO2ガスは、燃焼熱を生成しないだけではなく、燃焼熱を無駄に消費してしまう。モル比xが1.00以下であれば、燃焼に寄与しない(x-1)モルのCO2ガスを無駄に加熱せずに済み、燃焼熱でガラスを効率良く加熱できる。 It is more preferable that the molar ratio x is 1.00 or less. If the molar ratio x is 1.00 or less, the combustion reaction is expressed by formula (9). On the other hand, if the molar ratio x exceeds 1.00, the combustion reaction is expressed by formula (10). As is clear from formula (10), if the molar ratio x exceeds 1.00, there is (x-1) moles of CO2 gas that does not contribute to combustion. This CO2 gas not only does not generate combustion heat, but also consumes combustion heat in vain. If the molar ratio x is 1.00 or less, there is no need to heat the (x-1) moles of CO2 gas that does not contribute to combustion in vain, and the glass can be efficiently heated by the combustion heat.
ガス変成部30に対するCO2ガスの供給には、図示しないガスボンベなどの専用の供給源が用いられてもよいが、本実施形態では循環ライン50が用いられる。循環ライン50は、燃焼ガスに含まれるCO2ガスの少なくとも一部を、ガラス溶融炉10からガス変成部30に供給する。ガラス溶融炉10から排出したCO2ガスの少なくとも一部を、総括反応の反応物として使用することができる。CO2ガスを循環でき、CO2ガスの排出量を低減できる。
A dedicated supply source such as a gas cylinder (not shown) may be used to supply CO2 gas to the
循環ライン50の途中には、脱水槽51が設けられることが好ましい。脱水槽51は、燃焼ガスからH2Oガスを取り除くことで、H2OガスとCO2ガスを分離する。分離したCO2ガスの少なくとも一部を、総括反応の反応物として使用することができる。ガス変成部30に対するH2Oガスの供給を制限でき、ガラス溶融炉10の炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度を低減できる。脱水槽51は、H2Oガスの少なくとも一部を取り除けばよいが、本実施形態ではH2Oガスを実質的に全て取り除く。
A
ガラス製造装置1は、バーナー20で燃焼した燃焼ガスから熱を回収し、回収した熱を用いて総括反応が式(1)又は式(2)で表される反応を進めることが好ましい。燃焼した燃焼ガスから熱を回収することで、エネルギーの無駄を削減できる。熱の回収手段としては、後述する復熱器又は蓄熱室が使用される。以下、熱の回収手段などについて説明する。
The
図4を参照して、復熱器60と反応器70を備えるガラス製造装置1の第1実施例について説明する。ガラス製造装置1は、ガラス溶融炉10とバーナー20と復熱器60と反応器70とを備える。反応器70は、ガス変成部30の一例であって、例えば逆シフト反応を進める。以下、主に図1に示すガラス製造装置1との相違点について説明する。
With reference to FIG. 4, a first embodiment of a
復熱器60は、ガラス溶融炉10から排出される燃焼ガスとの熱交換によって、熱媒を加熱する。熱媒は気体でも液体でもよいが、燃焼ガスの温度は高温であるので、熱媒は沸騰を防止する観点から気体であることが好ましい。熱媒は、好ましくは空気である。復熱器60は、燃焼ガスと熱媒(例えば空気)を混合することなく、これらの間で熱を移動する。復熱器60は、図4ではガラス溶融炉10の外部に設けられるが、ガラス溶融炉10の内部に設けられてもよい。復熱器60は1つ以上(図4では1つ)設けられる。復熱器60は、熱輸送ライン80を介して反応器70と熱的に接続される。熱輸送ライン80は、復熱器60から反応器70に熱媒を輸送する。
The
反応器70は、復熱器60で加熱した熱媒との熱交換によってCO2ガスとH2ガスを加熱することで逆シフト反応を進め、CO2ガスとH2ガスから少なくともCOガスを生成する。CO2ガスとH2ガスが反応物であり、COガスとH2Oガスが生成物である(式(3)参照)。生成物は、さらにH2ガス又はCO2ガスを含みうる(式(1)及び式(2)参照)。反応器70は、逆シフト反応の反応物及び生成物と、熱媒(例えば空気)を混合することなく、これらの間で熱を移動する。
The
逆シフト反応は、吸熱反応であるので、熱媒から熱を効率良く回収でき、燃焼ガスから回収した熱を効率良く利用できる。また、吸熱反応の生成物(COガス)は、吸熱反応の反応物(H2ガス)よりも大きな熱量を潜在的に含んでいる。それゆえ、COガスを燃焼することで、H2ガスを燃焼するよりも、1モル当たりの燃焼熱を向上できる(式(7)及び式(8)参照)。これらの結果、溶融ガラスのエネルギー原単位を低減できる。エネルギー原単位は、1トンの溶融ガラスを製造するために、系外から投入するエネルギー消費量である。 Since the reverse shift reaction is an endothermic reaction, heat can be efficiently recovered from the heat medium, and the heat recovered from the combustion gas can be efficiently used. In addition, the product of the endothermic reaction (CO gas) potentially contains a larger amount of heat than the reactant of the endothermic reaction ( H2 gas). Therefore, by burning CO gas, the combustion heat per mole can be improved compared to burning H2 gas (see formulas (7) and (8)). As a result, the energy consumption rate of molten glass can be reduced. The energy consumption rate is the amount of energy consumed from outside the system to produce one ton of molten glass.
反応器70において生じる反応は、全体として吸熱反応であればよく、逆シフト反応以外の反応を含んでもよい。それゆえ、反応器70において、反応物と生成物は特に限定されない。反応器70で生成した生成物(つまり可燃性ガス)は、第1供給ライン21を介してバーナー20に供給される。一方、支燃性ガスは、第2供給ライン22を介してバーナー20に供給される。
The reactions occurring in the
ガラス製造装置1は、好ましくは循環ライン50を備える。循環ライン50は、バーナー20で燃焼した燃焼ガスに含まれるCO2ガスの少なくとも一部を、ガラス溶融炉10から反応器70に供給する。ガラス溶融炉10から排出したCO2ガスの少なくとも一部を、逆シフト反応の反応物として使用することができる。CO2ガスを循環でき、CO2ガスの排出量を低減できる。
The
ガラス製造装置1は、より好ましくは循環ライン50の途中に脱水槽51を備える。脱水槽51は、燃焼ガスからH2Oガスを取り除くことで、H2OガスとCO2ガスを分離する。CO2ガスの循環を許容しつつ、H2Oガスの循環を制限できる。H2Oガスは、燃焼熱を生成しないだけではなく、燃焼熱を無駄に消費してしまう。H2Oガスの循環を制限できれば、燃焼に寄与しないH2Oガスを無駄に加熱せずに済み、燃焼熱でガラスを効率良く加熱できる。また、H2Oガスの循環を制限できれば、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度を低減できる。脱水槽51は、例えば、燃焼ガスから実質的に全てのH2Oガスを取り除く。
More preferably, the
循環ライン50の途中には、脱硫槽52が設けられることがより好ましい。脱硫槽52は、燃焼ガスから硫黄含有ガスを取り除く。硫黄含有ガスに含まれる硫黄は、ガラス原料に由来するものであり、例えば清澄剤に由来するものである。循環ライン50の途中に脱硫槽52を設けることで、反応器70に対する硫黄含有ガスの供給を制限できる。これにより、反応器70を清浄な状態に維持できる。
It is more preferable to provide a
復熱器60と反応器70は、後述する蓄熱室とは異なり、熱媒を用いて燃焼ガスの熱を回収するので、燃焼ガスがそのまま反応器70に流れ込むことを制限でき、反応器70を清浄な状態に維持できる。それゆえ、反応器70が金属触媒を有する場合に、その金属触媒の劣化を抑制できる。
Unlike the heat storage chamber described below, the
反応器70は、金属触媒を有してもよい。金属触媒は、逆シフト反応を促進する。金属触媒は、逆シフト反応の反応速度を高め、短時間で反応を平衡に到達させることができる。金属触媒は、逆シフト反応の反応速度を高めることで、反応器70の容積を小さくすることも可能である。金属触媒としては、銅(Cu)又はニッケル(Ni)などが用いられる。なお、反応速度が十分に速ければ、金属触媒は無くてもよい。
The
図5を参照して、復熱器60と反応器70を備えるガラス製造装置1の第2実施例について説明する。以下、主に図4に示すガラス製造装置1との相違点について説明する。図5に示すように、ガラス製造装置1は、熱交換器23を備えることが好ましい。
With reference to FIG. 5, a second embodiment of the
熱交換器23は、第2供給ライン22の途中に設けられ、復熱器60で加熱した熱媒との熱交換によって支燃性ガス(例えば純酸素ガス)を予熱する。燃焼ガスから回収した熱を有効利用でき、溶融ガラスのエネルギー原単位を低減できる。熱交換器23は、支燃性ガスと熱媒(例えば空気)を混合することなく、これらの間で熱を移動する。
The
熱輸送ライン80は、復熱器60から熱交換器23に熱媒を輸送する。好ましくは、熱輸送ライン80は、復熱器60から反応器70に熱媒を輸送した後、反応器70から熱交換器23に熱媒を輸送する。支燃性ガスを加熱する前に、逆シフト反応の反応物を加熱でき、逆シフト反応を進めるのに必要な熱を確保しやすい。
The
図6を参照して、復熱器60と反応器70を備えるガラス製造装置1の第3実施例について説明する。以下、主に図4に示すガラス製造装置1との相違点について説明する。図6に示すように、ガラス製造装置1は、第2熱交換器24と、第2脱水槽25とを備えることが好ましい。
With reference to FIG. 6, a third embodiment of the
第2熱交換器24は、第1供給ライン21の第2供給ライン22と重なる第1地点で、反応器70の生成物から支燃性ガスに熱を移動する。第2熱交換器24は、反応器70の生成物と支燃性ガスを混合することなく、これらの間で熱を移動する。第2脱水槽25は、第1供給ライン21の第1地点よりも下流の第2地点で、反応器70の生成物からH2Oガスを取り除く。第2脱水槽25は、H2Oガスの少なくとも一部を取り除けばよいが、本実施例ではH2Oガスを実質的に全て取り除く。
The
第2脱水槽25は、例えば反応器70の生成物を冷却することで、反応器70の生成物からH2Oガスを取り除く。H2Oガスは、燃焼熱を生成しないだけではなく、燃焼熱を無駄に消費してしまう。第2脱水槽25は、バーナー20に対するH2Oガスの供給を制限する。燃焼に寄与しないH2Oガスを無駄に加熱せずに済み、燃焼熱でガラスを効率良く加熱できる。また、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度を低減できる。
The
第2脱水槽25が反応器70の生成物を冷却する前に、第2熱交換器24が反応器70の生成物から支燃性ガスに熱を移動する。よって、燃焼ガスから回収した熱を効率良く使用でき、溶融ガラスのエネルギー原単位を低減できる。
Before the
図7を参照して、第1蓄熱室90Aと第2蓄熱室90Bとを備えるガラス製造装置1の第1実施例について説明する。ガラス製造装置1は、ガラス溶融炉10と第1バーナー20Aと第2バーナー20Bと第1蓄熱室90Aと第2蓄熱室90Bとを備える。第1蓄熱室90Aと第2蓄熱室90Bは、ガス変成部30の一例であって、例えば逆シフト反応を進める。以下、主に図1に示すガラス製造装置1との相違点について説明する。
With reference to FIG. 7, a first embodiment of a
第1蓄熱室90Aと第2蓄熱室90Bは、第1バーナー20Aと第2バーナー20Bと組み合わせて用いられる。なお、第1蓄熱室90Aの数は、図7では1つであるが、複数であってもよい。第2蓄熱室90Bの数、第1バーナー20Aの数、第2バーナー20Bの数も、同様に1つ以上であればよい。
The first
ガラス製造装置1は、第1バーナー20Aがガラス溶融炉10の内部に火炎を形成することと、第2バーナー20Bがガラス溶融炉10の内部に火炎を形成することと、を交互に繰り返し実施する。図7は、第1バーナー20Aがガラス溶融炉10の内部に火炎を形成する状態を示す図である。
The
第1蓄熱室90Aは、第2バーナー20Bがガラス溶融炉10の内部に火炎を形成する間に、ガラス溶融炉10から排出された燃焼ガスから熱を回収する。第1蓄熱室90Aは、第1バーナー20Aがガラス溶融炉10の内部に火炎を形成する間に、予め回収した熱を放出してCO2ガスとH2ガスから少なくともCOガスを生成する逆シフト反応を進める。第1バーナー20Aは、第1蓄熱室90Aで生成したCOガスを含む可燃性ガスと支燃性ガスとを燃焼することで、ガラス溶融炉10の内部に火炎を形成する。
The
同様に、第2蓄熱室90Bは、第1バーナー20Aがガラス溶融炉10の内部に火炎を形成する間に、ガラス溶融炉10から排出された燃焼ガスから熱を回収する。第2蓄熱室90Bは、第2バーナー20Bがガラス溶融炉10の内部に火炎を形成する間に、予め回収した熱を放出してCO2ガスとH2ガスから少なくともCOガスを生成する逆シフト反応を進める。第2バーナー20Bは、第2蓄熱室90Bで生成したCOガスを含む可燃性ガスと支燃性ガスとを燃焼することで、ガラス溶融炉10の内部に火炎を形成する。
Similarly, the
第1蓄熱室90Aと第2蓄熱室90Bは、復熱器60や反応器70とは異なり、燃焼ガスがそのまま流れ込むものである。燃焼ガスの熱は、第1蓄熱室90Aと第2蓄熱室90Bの炉床などに蓄積される。
Unlike the
第1蓄熱室90Aと第2蓄熱室90Bは、CO2ガスとH2ガスを加熱することで逆シフト反応を進め、CO2ガスとH2ガスから少なくともCOガスを生成する。CO2ガスとH2ガスが反応物であり、COガスとH2Oガスが生成物である(式(3)参照)。生成物は、さらにH2ガス又はCO2ガスを含みうる(式(1)及び式(2)参照)。
The first
逆シフト反応は、吸熱反応であるので、燃焼ガスから熱を効率良く回収でき、燃焼ガスの熱を効率良く利用できる。また、吸熱反応の生成物(COガス)は、吸熱反応の反応物(H2ガス)よりも大きな熱量を潜在的に含んでいる。それゆえ、COガスを燃焼することで、H2ガスを燃焼するよりも、1モル当たりの燃焼熱を向上できる(式(7)及び式(8)参照)。これらの結果、溶融ガラスのエネルギー原単位を低減できる。 Since the reverse shift reaction is an endothermic reaction, it is possible to efficiently recover heat from the combustion gas and efficiently utilize the heat of the combustion gas. In addition, the product of the endothermic reaction (CO gas) potentially contains a larger amount of heat than the reactant of the endothermic reaction ( H2 gas). Therefore, by burning CO gas, the combustion heat per mole can be improved compared to burning H2 gas (see formulas (7) and (8)). As a result, the energy consumption rate of molten glass can be reduced.
第1蓄熱室90Aと第2蓄熱室90Bにおいて生じる反応は、全体として吸熱反応であればよく、逆シフト反応以外の反応を含んでもよい。それゆえ、第1蓄熱室90Aと第2蓄熱室90Bにおいて、反応物と生成物は特に限定されない。
The reactions occurring in the first
ガラス製造装置1は、好ましくは循環ライン50を備える。循環ライン50は、第1バーナー20Aがガラス溶融炉10の内部に火炎を形成する間に、ガラス溶融炉10から排出された燃焼ガスに含まれるCO2ガスの少なくとも一部を、第2蓄熱室90Bから第1蓄熱室90Aに供給する。ガラス溶融炉10から排出したCO2ガスの少なくとも一部を、逆シフト反応の反応物として使用することができる。CO2ガスを循環でき、CO2ガスの排出量を低減できる。
The
循環ライン50は、第2バーナー20Bがガラス溶融炉10の内部に火炎を形成する間に、ガラス溶融炉10から排出された燃焼ガスに含まれるCO2ガスの少なくとも一部を、第1蓄熱室90Aから第2蓄熱室90Bに供給してもよい。なお、第1バーナー20Aがガラス溶融炉10の内部に火炎を形成する間にCO2ガスを循環する循環ライン50と、第2バーナー20Bがガラス溶融炉10の内部に火炎を形成する間にCO2ガスを循環する循環ライン50とは、本実施例では同じものであるが、異なるものであってもよく、別々に設けられてもよい。
The
ガラス製造装置1は、より好ましくは循環ライン50の途中に脱水槽51を備える。脱水槽51は、燃焼ガスからH2Oガスを取り除くことで、H2OガスとCO2ガスを分離する。CO2ガスの循環を許容しつつ、H2Oガスの循環を制限できる。H2Oガスは、燃焼熱を生成しないだけではなく、燃焼熱を無駄に消費してしまう。H2Oガスの循環を制限できれば、燃焼に寄与しないH2Oガスを無駄に加熱せずに済み、燃焼熱でガラスを効率良く加熱できる。また、H2Oガスの循環を制限できれば、炉内雰囲気におけるH2Oガス濃度を低減できる。脱水槽51は、H2Oガスの少なくとも一部を取り除けばよいが、本実施例ではH2Oガスを実質的に全て取り除く。
More preferably, the
循環ライン50の途中には、脱硫槽52が設けられることがより好ましい。脱硫槽52は、燃焼ガスから硫黄含有ガスを取り除く。硫黄含有ガスに含まれる硫黄は、ガラス原料に由来するものであり、例えば清澄剤に由来するものである。循環ライン50の途中に脱硫槽52を設けることで、第1蓄熱室90A又は第2蓄熱室90Bに対する硫黄含有ガスの供給を制限できる。
It is more preferable to provide a
上記実施形態等に関し、以下の付記を開示する。
[付記1]
総括反応が明細書に記載の式(1)又は明細書に記載の式(2)で表される反応によって、CO2ガスとH2ガスから少なくともCOガスを生成することと、
前記生成したCOガスを含む可燃性ガスと支燃性ガスとをバーナーで燃焼することで、ガラス溶融炉の内部に火炎を形成することと、
を有する、ガラス製造方法。
[付記2]
前記バーナーで燃焼した燃焼ガスにおけるH2Oガス濃度は、67体積%以下である、付記1に記載のガラス製造方法。
[付記3]
前記バーナーで燃焼した燃焼ガスに含まれるCO2ガスの少なくとも一部を、前記総括反応の反応物として使用する、付記1又は2に記載のガラス製造方法。
[付記4]
前記バーナーで燃焼した燃焼ガスからH2Oガスを取り除くことで、H2OガスとCO2ガスを分離し、
前記分離したCO2ガスの少なくとも一部を、前記総括反応の反応物として使用する、付記3に記載のガラス製造方法。
[付記5]
前記総括反応においてH2ガスに対するCO2ガスのモル比xが0.00よりも大きく1.00以下である、付記1~4のいずれか1つに記載のガラス製造方法。
[付記6]
前記総括反応が前記式(1)又は前記式(2)で表される反応は、(A)逆シフト反応と、(B)メタネーション反応とドライリフォーミング反応の組み合わせと、(C)メタネーション反応とスチームリフォーミング反応の組み合わせとの少なくとも1つを含む、付記1~5のいずれか1つに記載のガラス製造方法。
[付記7]
前記総括反応が前記式(1)又は前記式(2)で表される反応には、前記バーナーで燃焼した燃焼ガスから回収した熱を使用する、付記1~6のいずれか1つに記載のガラス製造方法。
[付記8]
総括反応が明細書に記載の式(1)又は明細書に記載の式(2)で表される反応によって、CO2ガスとH2ガスから少なくともCOガスを生成するガス変成部と、
前記ガス変成部で生成したCOガスを含む可燃性ガスと支燃性ガスとを燃焼することで、ガラス溶融炉の内部に火炎を形成するバーナーと、
を備える、ガラス製造装置。
[付記9]
前記バーナーで燃焼した燃焼ガスにおけるH2Oガス濃度は、67体積%以下である、付記8に記載のガラス製造装置。
[付記10]
前記バーナーで燃焼した燃焼ガスに含まれるCO2ガスの少なくとも一部を、前記ガラス溶融炉から前記ガス変成部に供給する循環ラインを備える、付記8又は9に記載のガラス製造装置。
[付記11]
前記循環ラインの途中に、前記燃焼ガスからH2Oガスを取り除く脱水槽を備える、付記10に記載のガラス製造装置。
[付記12]
前記総括反応においてH2ガスに対するCO2ガスのモル比xが0.00よりも大きく1.00以下である、付記8~11のいずれか1つに記載のガラス製造装置。
[付記13]
前記総括反応が前記式(1)又は前記式(2)で表される反応は、(A)逆シフト反応と、(B)メタネーション反応とドライリフォーミング反応の組み合わせと、(C)メタネーション反応とスチームリフォーミング反応の組み合わせとの少なくとも1つを含む、付記8~12のいずれか1つに記載のガラス製造装置。
[付記14]
前記総括反応が前記式(1)又は前記式(2)で表される反応には、前記バーナーで燃焼した燃焼ガスから回収した熱を使用する、付記8~13のいずれか1つに記載のガラス製造装置。
The following supplementary notes are disclosed regarding the above-described embodiments.
[Appendix 1]
Producing at least CO gas from CO 2 gas and H 2 gas by a reaction represented by the overall reaction formula (1) or formula (2) described in the specification;
The generated flammable gas containing CO gas and the combustion supporting gas are combusted by a burner to form a flame inside the glass melting furnace;
The method for producing glass comprising the steps of:
[Appendix 2]
The glass manufacturing method according to
[Appendix 3]
The glass manufacturing method according to
[Appendix 4]
H 2 O gas is removed from the combustion gas burned by the burner to separate H 2 O gas and CO 2 gas;
4. The method of claim 3, wherein at least a portion of the separated CO2 gas is used as a reactant in the overall reaction.
[Appendix 5]
The method for producing glass according to any one of
[Appendix 6]
The method for producing a glass according to any one of
[Appendix 7]
The method for producing glass according to any one of
[Appendix 8]
A gas conversion unit that generates at least CO gas from CO2 gas and H2 gas by an overall reaction represented by formula (1) or formula (2) described in the specification;
a burner that forms a flame inside the glass melting furnace by combusting the flammable gas containing the CO gas generated in the gas shifting unit and a combustion supporting gas;
A glass manufacturing apparatus comprising:
[Appendix 9]
The glass manufacturing apparatus according to claim 8, wherein a H 2 O gas concentration in the combustion gas combusted by the burner is 67 volume % or less.
[Appendix 10]
The glass manufacturing apparatus according to claim 8 or 9, further comprising a circulation line for supplying at least a portion of the CO2 gas contained in the combustion gas burned by the burner from the glass melting furnace to the gas transformer.
[Appendix 11]
The glass manufacturing apparatus according to
[Appendix 12]
The glass manufacturing apparatus according to any one of claims 8 to 11, wherein the molar ratio x of CO2 gas to H2 gas in the overall reaction is greater than 0.00 and less than or equal to 1.00.
[Appendix 13]
The overall reaction represented by the formula (1) or the formula (2) includes at least one of (A) a reverse shift reaction, (B) a combination of a methanation reaction and a dry reforming reaction, and (C) a combination of a methanation reaction and a steam reforming reaction.
[Appendix 14]
The glass manufacturing apparatus according to any one of Appendices 8 to 13, wherein heat recovered from a combustion gas combusted in the burner is used for the overall reaction represented by the formula (1) or the formula (2).
以上、本開示に係るガラス製造方法、及びガラス製造装置について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。 The above describes the glass manufacturing method and glass manufacturing apparatus according to the present disclosure, but the present disclosure is not limited to the above-described embodiments. Various changes, modifications, substitutions, additions, deletions, and combinations are possible within the scope of the claims. Naturally, these also fall within the technical scope of the present disclosure.
本出願は、2022年11月25日に日本国特許庁に出願した特願2022-188268号に基づく優先権を主張するものであり、特願2022-188268号の全内容を本出願に援用する。 This application claims priority based on Patent Application No. 2022-188268, filed with the Japan Patent Office on November 25, 2022, and the entire contents of Patent Application No. 2022-188268 are incorporated herein by reference.
1 ガラス製造装置
10 ガラス溶融炉
20 バーナー
30 ガス変成部
Claims (14)
前記生成したCOガスを含む可燃性ガスと支燃性ガスとをバーナーで燃焼することで、ガラス溶融炉の内部に火炎を形成することと、
を有する、ガラス製造方法。
The generated flammable gas containing CO gas and the combustion supporting gas are combusted by a burner to form a flame inside the glass melting furnace;
The method for producing glass comprising the steps of:
前記分離したCO2ガスの少なくとも一部を、前記総括反応の反応物として使用する、請求項3に記載のガラス製造方法。 H 2 O gas is removed from the combustion gas burned by the burner to separate H 2 O gas and CO 2 gas;
4. The method of claim 3, wherein at least a portion of the separated CO2 gas is used as a reactant in the overall reaction.
前記ガス変成部で生成したCOガスを含む可燃性ガスと支燃性ガスとを燃焼することで、ガラス溶融炉の内部に火炎を形成するバーナーと、
を備える、ガラス製造装置。
a burner that forms a flame inside the glass melting furnace by combusting the flammable gas containing the CO gas generated in the gas shifting unit and a combustion supporting gas;
A glass manufacturing apparatus comprising:
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Citations (5)
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| JPH07136462A (en) * | 1993-11-12 | 1995-05-30 | Toshiba Corp | Method for fixing carbon dioxide in exhaust gas and environmentally friendly power plant using this method |
| WO2011152024A1 (en) * | 2010-05-31 | 2011-12-08 | 日本板硝子株式会社 | Method and apparatus for producing glass product |
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2023
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Patent Citations (5)
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