DE102016205845A1

DE102016205845A1 - Verfahren zur Herstellung von Glas, Steuereinrichtung, Anlage zur Herstellung von Glas

Info

Publication number: DE102016205845A1
Application number: DE102016205845.2A
Authority: DE
Inventors: Heiko Hessenkemper
Original assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Current assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2017-10-12
Also published as: WO2017174428A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Glas, wobei ein Gesamtgemenge von Rohstoffen zu Glas geschmolzen wird, aufweisend die Schritte Bereitstellen von Rohstoffen und Scherben in Teilgemengen, wobei ein Sand enthaltendes Sandgemenge als erstes Teilgemenge und ein Soda enthaltendes Sodagemenge als zweites Teilgemenge separat von einem die übrigen Rohstoffe enthaltenden Hauptgemenge als drittem Teilgemenge bereitgestellt, und separat von einem die übrigen Rohstoffe enthaltenden Hauptgemenge als drittem Teilgemenge vermischt werden, Aufheizen wenigstens eines der Teilgemenge in wenigstens einer thermischen Zone, insbesondere in einer gemeinsamen thermischen Zone oder in separaten thermischen Zonen, Mischen der Teilgemenge zu einem Gesamtgemenge, Zuführen des Gesamtgemenges zum Schmelzen in eine Schmelzwanne.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Glas. Weiter betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung und eine Anlage zur Glasherstellung, die ausgebildet sind zur Durchführung des Verfahrens.
Innerhalb der Glasherstellung spielen die Prozesse in der Schmelzwanne eine dominante ökonomische und ökologische Rolle. In diesem Hochtemperatur-Prozess sind die ersten Prozessschritte, die Gemengehaufenreaktionen, die energieintensivsten. Um hier Energieeinsparungen zu erreichen, existieren unterschiedliche Ansätze.
Ein Ansatz besteht darin, durch die Vorwärmung von Gemenge und Scherben mit Abwärme 10–15 % Energieeinsparung zu erreichen. Dieser Ansatz ist weitläufig verbreitet. Beispielsweise ist bereits in US 2,578,110 ein Ansatz offenbart, mittels dessen durch Vorwärmen des in Form von Briketts kompaktierten Glasrohstoffes die Schmelzzeit verkürzt und somit die zur Aufschmelzung benötigte Wärmemenge zu verringert werden kann. Jedoch sind generell bei dem Ansatz der Vorwärmung neben unterschiedlichen Problemen insbesondere Anbackungen zu berücksichtigen, wie sie auch aus der konventionellen Silolagerung des Gemenges vor der Wanne bekannt sind.
Einen weiteren Ansatz stellt eine separate Vermischung von Soda und Sand dar, welche einen chemischen Umweg, die Route über eine Na-Ca-Verbindung zum Glas, vermeiden soll. Dieser Ansatz ist unter dem Oberbegriff „Selective Batching" bekannt. Ein Ansatz zur Vermeidung unkontrollierter Reaktionen zwischen Schmelze und zugeführtem Rohmaterial und Erhöhung der Schmelz- bzw. Energieeffizienz durch die kontrollierte Zugabe der einzelnen Rohstoffe ist in WO 2009/029616 offenbart.
Ein ebenfalls weiterer Ansatz sieht vor, mittels des Einsatzes feinkörniger Rohstoffe die Reaktivität erhöhen, was zu Schmelzleistungssteigerungen bzw. zur Reduktion des spezifischen Energieverbrauchs beitragen würde. Diesem Ansatz steht jedoch die Verstaubung, das „carry over" entgegen, das zu erheblichen Schäden in der Regeneration und damit auch zur Senkung des Wirkungsgrad dieser Anlage führen würde. Um hier den aktuellen Kompromiss zwischen Korngröße und Verstaubung zu feinkörnigen Rohstoffe zu verschieben, existiert die Möglichkeit der Gemenge-Kompaktierung. In DE 10 2010 001 327 A1 ist ein Verfahren zur Gemenge-Agglomerierung offenbart, welches ein Agglomerieren, beispielsweise durch Aufbaugranulieren oder Kompaktieren, von Glasrohstoffen und Feinscherben unter Zugabe wenigstens eines Bindemittels vorsieht. Allerdings ist allgemein festzuhalten, dass das Kompaktieren einen bestimmten Aufbereitungsaufwand benötigt und sich daher bisher nicht durchgesetzt hat.
Weiterhin existiert eine Vielzahl an Ansätzen zur Energierückgewinnung bei dem Vorwärmen von Glasrohstoffen vor der Schmelze. Beispielsweise ist in DE 29 05 089 A1 ein Verfahren offenbart, in dem die Abgase, die aus der zur Erzeugung der Schmelzwärme durchgeführten Verbrennung entstehen, unter anderem zur Vorwärmung der Glasrohstoffe durch direkten Wärmeaustausch eingesetzt werden. Ein ähnlicher Ansatz ist in EP 0 018 226 A1 offenbart, in dem eine Vorrichtung zum Vorheizen von Glasrohstoffen in agglomerierter Form durch den direkten Kontakt mit heißen Abgasen beschrieben wird. In US 4,184,861 ist weiterhin ein Verfahren offenbart, welches die Rückgewinnung von Abgaswärme zum Vorwärmen agglomerierter Glasrohstoffe über einen Wärmetauscher realisiert.
Es hat sich gezeigt, dass bisherige Maßnahmen zur Erzielung von Energieeinsparungen beim Glasschmelzprozess unter Erhalt der Glaseigenschaften, dem wirtschaftlichen Einsatz von Rohstoffen und einem schonenden Einsatz der technischen Anlagen noch verbesserungswürdig sind.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, in verbesserter Weise ein Verfahren zur Herstellung von Glas sowie eine Steuereinrichtung und eine Anlage zur Glasherstellung anzugeben. Insbesondere sollen trotz der Vorwärmung der Gemenge vor der Schmelze und des Einsatzes feinkörniger Rohstoffe vorteilhafte Energieeinsparungen unter Vermeidung der oben beschriebenen Probleme erzielt werden können. Insbesondere sollen Anbackungen sowie Schäden der technischen Anlagen durch Verstaubung vermieden werden.
Betreffend das Verfahren zur Herstellung von Glas wird die Aufgabe durch die Erfindung mittels einem Verfahren des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von Glas, wobei ein Gesamtgemenge von Rohstoffen zu Glas geschmolzen wird, aufweisend die Schritte Bereitstellen von Rohstoffen und Scherben in Teilgemengen, wobei ein Sand enthaltendes Sandgemenge als erstes Teilgemenge und ein Soda enthaltendes Sodagemenge als zweites Teilgemenge separat von einem die übrigen Rohstoffe enthaltenden Hauptgemenge als drittem Teilgemenge bereitgestellt, und separat von einem die übrigen Rohstoffe enthaltenden Hauptgemenge als drittem Teilgemenge vermischt werden, Aufheizen wenigstens eines der Teilgemenge in wenigstens einer thermischen Zone, insbesondere in einer gemeinsamen thermischen Zone oder in separaten thermischen Zonen, Mischen der Teilgemenge zu einem Gesamtgemenge, Zuführen des Gesamtgemenges zum Schmelzen in eine Schmelzwanne.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Mengenverhältnis zwischen dem erstem Teilgemenge und dem zweitem Teilgemenge nahstöchiometrisch ist gemäß einer Festkörperreaktion zwischen Sand und Soda, das erste Teilgemenge und das zweite Teilgemenge vor dem Aufheizen zu einem Mischgemenge als fünftes Teilgemenge vermischt werden, insbesondere vor einem gemeinsamen Aufheizen des ersten und/oder zweiten Teilgemenges und/oder vor einem Aufheizen separat von dem dritten Teilgemenge oder einem weiteren Teilgemenge, das fünfte Teilgemenge separat aufgeheizt wird, insbesondere separat vom dritten Teilgemenge und/oder separat von einem weiteren Teilgemenge aufgeheizt wird, beim separaten Aufheizen das fünfte Teilgemenge auf eine für die Festkörperreaktion zwischen Sand und Soda benötigte Reaktionstemperatur aufgeheizt wird.
Die Erfindung führt im Rahmen der Aufgabenstellung auch auf eine Steuereinrichtung des Anspruchs 13 und Anlagen zur Glasherstellung der Ansprüche 14 und 15. Die Steuereinrichtung dient insbesondere der Steuerung sämtlicher am Verfahren beteiligten Bestandteile in automatisierter Weise. Die Anlage zur Glasherstellung bildet hierbei die Gesamtheit der für das Verfahren benötigten Bestandteile.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es bei der Erreichung signifikanter Energieeinsparungen zur Vermeidung von Anbackungen und Schäden an den technischen Anlagen durch Verstaubung erforderlich ist, die dem Schmelzprozess zuzuführenden Rohstoffanteile in Teilgemenge zu separieren und getrennt vorzubehandeln, bevor sie vermischt und dem Schmelzofen zugeführt werden.
Die Erfindung hat erkannt, dass das separate Vermischen von Sand und Soda zu einem Mischgemenge, getrennt von einem die übrigen Rohstoffe enthaltenden Hauptgemenge, vorteilhaft ist. Hierbei hat die Erfindung erkannt, dass, im Rahmen der energetisch vorteilhaften Vorwärmung, eine separate Aufheizung des Mischgemenges Festkörperreaktionen zwischen Sand und Soda hervorruft. Dies führt zu einer Karbonatisierung der Soda, welche die beschriebenen Anbackungsprobleme bei der Vorwärmung, welche insbesondere durch die Abgabe von Kristallwasser entstehen, eliminiert. Durch die mittels der Nutzung von Abwärme oder des Einsatzes eines aktiven Heizmittels durchgeführte Vorwärmung kann ein energetischer Eintrag in die Schmelzwanne geleistet werden. Dies ist zum einen der Fall, weil die endotherme Na₂O-SiO₂-Reaktion durch die Vorwärmung aus der Schmelzwanne ausgelagert wird. Diese Reaktion benötigt eine Energie von ca. 40 kWh pro Tonne und entspricht damit 4 % des normalen spezifischen Energieverbrauchs. Weiterhin führt die Vorwärmung des Gemenges zusätzlich zu einem thermischen Energieeintrag in die Schmelzwanne.
Die Erfindung hat weiterhin erkannt, dass durch die Aufheizung des Sand-Soda-Mischgemenges als fünftes Teilgemenge und die damit hervorgerufene Festkörperreaktionen zwischen Sand und Soda, chemische Umwege über eine Natrium-Calcium-Route verhindert werden. Dies ermöglicht den Einsatz von leichter Soda und feinkörnigem Sand, der unter normalen Bedingungen zur Verstaubung führen würde. Hierdurch werden mehrere Vorteile erzielt.
Zum einen führt die Umgehung der Natrium-Calcium-Route zu einer beschleunigten Gemengehaufenreaktion und damit zu einem beschleunigten Schmelzprozess, insbesondere zu einer Verkürzung der Restquarzlösezeit.
Weiterhin ermöglicht das Verfahren den Einsatz feinkörniger Rohstoffe, insbesondere Sand, da diese durch die erhöhte Reaktivität die in der Vorwärmung hervorgerufene Festkörperreaktion begünstigen. Die Festkörperreaktion wiederum führt zu einer Steigerung der Korngrößen, welche die Verstaubung, das sogenannte „carry over“, vermeidet und außerdem zu einem erhöhten Wärmetransport in der Schmelzwanne führt.
Schließlich führt der Einsatz von leichter Soda zu Kostenvorteilen. Im Gegensatz der unter normalen Bedingungen zur Vermeidung von Verstaubung eingesetzten schweren Soda, ist leichte Soda ca. 10 % günstiger. Da die Gesamtgemengekosten zu ca. 70 % durch die Kosten für Soda definiert werden, ergibt sich hierdurch eine Ersparnis der Gesamtgemengekosten von ca. 7 %.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Insbesondere ist vorgesehen, dass mindestens ein Teilgemenge aus einer Gesamtheit von Teilgemengen und/oder das Gesamtgemenge auf mindestens einer Transportstrecke aus einer Gesamtheit von Transportstrecken befördert werden. Konkret können diese Transportstrecken beispielsweise durch Förderbänder gebildet werden.
Vorteilhaft ist weiterhin vorgesehen, dass das Sand-Soda-Mischgemenge als fünftes Teilgemenge gemäß des ersten Anspruchs (siehe auch 2 für eine beispielhafte Beschreibung der Teilgemenge) mit einer Feuchtigkeit, insbesondere Wasser und/oder Natronlauge, beaufschlagt werden, wobei das Beaufschlagen während des Vermischens im ersten Mischer oder im Anschluss an das Vermischen auf der Transportstrecke unter Berücksichtigung der Stöchiometrie des Glases erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass die Entmischung der vermischten Teilgemenge während des Transports durch die Befeuchtung, insbesondere vor der Festkörperreaktion, verhindert wird.
Vorteilhaft ist weiterhin vorgesehen, dass Abwärme zum Aufheizen des fünften Teilgemenges genutzt wird. Dies führt zu dem Vorteil, dass Wärmeenergie aus bereits vorhandener Abwärme, beispielsweise von den Abgasen aus einem Schmelzofen, für eine erste Aufheizung der Teilgemenge rekuperativ genutzt werden kann und diese Energie somit nicht zusätzlich erzeugt werden muss. Zur Nutzung der Abwärme kann insbesondere ein Wärmetauscher eingesetzt werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Abwärme aus den Abgasen eines Porenbrenners und/oder eines Strahlrohrheizsystems und/oder einer Schmelzwanne gewonnen wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Aufheizen des fünften Teilgemenges in eine Niedrigtemperaturphase und eine anschließende Hochtemperaturphase aufgeteilt ist. Diese Aufteilung soll eine energieeffiziente Nutzung verschiedener Wärmequellen bei der Aufheizung der Teilgemenge ermöglichen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die aus der Abwärme gewonnene Energie nicht ausreicht, um das fünfte Teilgemenge auf die zur Erreichung der für die Festkörperreaktion benötigten Reaktionstemperatur, insbesondere zwischen 700°C und 850°C, aufzuheizen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass in der Niedrigtemperaturphase das fünfte Teilgemenge unter Nutzung von Abwärme auf eine Zwischentemperatur unterhalb der für die Festkörperreaktion zwischen Sand und Soda benötigten Temperatur aufgeheizt wird.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in der Hochtemperaturphase das fünfte Teilgemenge auf eine für die Festkörperreaktion zwischen Sand und Soda benötigte Reaktionstemperatur aufgeheizt wird, insbesondere oberhalb einer Zwischentemperatur aufgeheizt wird, insbesondere zwischen 700°C und 850°C aufgeheizt wird.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in der Hochtemperaturphase ein Heizmittel zum Aufheizen des fünften Teilgemenges genutzt wird. Dies führt zu dem Vorteil, dass das vorzuwärmende Teilgemenge, nachdem es eine mit der rekuperativen Nutzung der Abgaswärme maximal mögliche Zwischentemperatur erreicht hat, weiter aufgeheizt werden kann auf eine im Rahmen des Verfahrens benötigte Reaktionstemperatur.
Insbesondere ist weiterhin vorgesehen, dass das Heizmittel ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus: einem Porenbrenner, einem Strahlrohrheizsystem, einer Mikrowellenheizung oder einer elektrischen Heizung. Hierbei führen insbesondere strömungsarme Heizmittel zu dem Vorteil, dass eine Verstaubung der Teilgemenge gering gehalten wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der im ersten Teilgemenge enthaltene Sand feinkörniger Sand ist, insbesondere der feinkörnige Sand eine Korngröße unter 1 mm aufweist und bevorzugt folgende, nach Gewichtsprozent festgelegte Korngrößenverteilung aufweist: 95 % < 1 mm, 25 % < 0,25 mm, 1 % < 0,125 mm. Alternativ kann der Sand auch, beispielsweise abhängig vom Anwendungsgebiet, andere als feinkörnig geltende Korngrößen aufweisen.
Weiterhin ist insbesondere vorgesehen, dass die im zweiten Teilgemenge enthaltene Soda leichte Soda ist, insbesondere die leichte Soda eine Schüttdichte unter 0,8 kg/dm³ aufweist und bevorzugt eine Schüttdichte zwischen 0,5 kg/dm³ und 0,65 kg/dm³ aufweist. Weiterhin kann die Soda, beispielsweise abhängig vom Anwendungsgebiet, andere als leicht geltende Schüttdichten aufweisen.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
1 einen Ablaufplan einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens gemäß dem Konzept der Erfindung, und in
2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens.
1 zeigt einen Ablaufplan einer vorzugsweisen Ausprägung des Verfahrens. Zu Beginn des Verfahrens steht die Bereitstellung eines Sandgemenges als erstes Teilgemenge in Schritt 110, die Bereitstellung eines Sodagemenges als zweites Teilgemenge in Schritt 120 sowie die Bereitstellung eines Hauptgemenges als drittes Teilgemenge in Schritt 130, wobei das Hauptgemenge die übrigen Rohstoffe, insbesondere Restsand, Dolomit und Feldspat, beinhaltet. Weiterhin wird in Schritt 140 ein Scherbengemenge als viertes Teilgemenge bereitgestellt.
Nach Schritt 110 und Schritt 120 erfolgt in Schritt 112 durch einen ersten Mischer die Vermischung des ersten und zweiten Teilgemenges in einem nahstöchiometrischen Verhältnis zu einem Mischgemenge als fünftes Teilgemenge. Dieses kann in Schritt 114 mit einer Feuchtigkeit, insbesondere Natronlauge (NaOH) und/oder Wasser, beaufschlagt werden. Die Beaufschlagung des Mischgemenges mit Feuchtigkeit dient insbesondere dazu, eine Entmischung der beiden zuvor vermischten Teilgemenge zu verhindern und erfolgt möglichst unmittelbar nach der Vermischung auf der Transportstrecke oder bereits in dem ersten Mischer. Hierbei erfolgt die Zugabe von Natronlauge unter Berücksichtigung der Stöchiometrie des Glases.
Im Anschluss an die Vermischung des ersten und zweiten Teilgemenges in Schritt 112 und gegebenenfalls die Beaufschlagung mit Feuchtigkeit in Schritt 114 erfolgt in Schritt 116 durch Nutzung der Abgasabwärme die Vorwärmung des fünften Teilgemenges, in der das fünfte Teilgemenge auf eine für die Festkörperreaktion zwischen Sand und Soda benötigte Reaktionstemperatur, insbesondere 700°C–850°C, aufgeheizt wird. Alternativ kann Schritt 116 in eine Niedrigtemperaturphase und eine Hochtemperaturphase eingeteilt werden. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die aus der Abwärme gewinnbare Energie nicht ausreicht, das fünfte Teilgemenge auf die für die Festkörperreaktion zwischen Sand und Soda benötigte Temperatur aufzuheizen. Während in der Niedrigtemperaturphase die Energie zum Aufheizen aus der Abwärme gewonnen wird, erfolgt in der Hochtemperaturphase das Aufheizen des fünften Teilgemenges mittels eines Heizmittels auf die für die Festkörperreaktion zwischen Sand und Soda benötigte Temperatur. Als Ergebnis des Schrittes 116 entsteht durch eine Festkörperreaktion eine Sand-Soda-Verbindung gemäß der Reaktionsgleichung Na₂CO₃ + SiO₂ = Na₂SiO₃ + CO₂.
Nach der Bereitstellung des dritten Teilgemenges in Schritt 130 erfolgt in Schritt 132 in einer im Rahmen der Erfindung nicht näher spezifizierten Weise die Vorwärmung des dritten Teilgemenges.
Im Anschluss daran werden in Schritt 152 das dritte Teilgemenge, das vierte Teilgemenge und das fünfte Teilgemenge in geeigneter Weise zu einem Gesamtgemenge als ein sechstes Teilgemenge vermischt, beispielsweise durch einen Extruder. In Schritt 154 wird das sechste Teilgemenge schließlich dem Schmelzofen zugeführt.
2 stellt schematisch eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens dar. Hierzu wird in einer Anlage zur Glasherstellung 200 in einer ersten Vorwärmstrecke 261 ein erstes, Sand enthaltendes Teilgemenge 201 aus einem Silo 211 bereitgestellt sowie ein zweites, Soda enthaltendes Teilgemenge 202 aus einem Silo 212 bereitgestellt. Das erste Teilgemenge 201 und das zweite Teilgemenge 202 werden daraufhin einem ersten Mischer 222 zugeführt, in dem die beiden Teilgemenge zu einem Mischgemenge als fünftes Teilgemenge 205 vermischt werden. Das fünfte Teilgemenge 205 wird auf einer ersten Transportstrecke 220 befördert. Im Anschluss an das Mischen durch den ersten Mischer 222 erfolgt eine Beaufschlagung des fünften Teilgemenges 205 mit Feuchtigkeit 226, beispielsweise Wasser oder Natronlauge, durch ein geeignetes Beaufschlagungsmittel 224. Das Beaufschlagungsmittel 224 kann beispielsweise durch eine Sprüheinheit gebildet sein. Anschließend wird das fünfte Teilgemenge 205 über die erste Transportstrecke 220 in eine Vorwärmzone 228 befördert. In dieser Vorwärmzone 228 wird das fünfte Teilgemenge 205 mittels Abwärme 256, beispielsweise aus einer Schmelzwanne 254, auf die für die Festkörperreaktion zwischen Sand und Soda benötigte Temperatur aufgeheizt. Hierzu kann beispielsweise ein Wärmetauscher 230 eingesetzt werden. Für den Fall, dass die aus der Abwärme gewinnbare Energie nicht ausreicht, das fünfte Teilgemenge auf die für die Festkörperreaktion zwischen Sand und Soda benötigte Temperatur aufzuheizen, kann optional zusätzlich ein Heizmittel 234 eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Heizmittel strömungsarm ist, d. h. eine Verwirbelung bzw. Verstaubung des aufzuheizenden Teilgemenges durch Luft- bzw. Gasströme vermieden wird.
In einer zweiten Vorwärmstrecke 262 wird ein die übrigen Rohstoffe beinhaltendes drittes Teilgemenge 203 aus einem Silo 213 bereitgestellt und mittels einer zweiten Transportstrecke 240 einer Vorwärmzone 242 zugeführt. Weiterhin wird ein viertes, Scherben beinhaltendes Teilgemenge 204 aus einem Silo 214 bereitgestellt. Im Anschluss werden das dritte Teilgemenge 203, das vierte Teilgemenge 204 und das fünfte Teilgemenge 205 durch einen zweiten Mischer 252 zu einem Gesamtgemenge als sechstes Teilgemenge 206 vermischt und auf einer Gesamtgemengetransportstrecke 250 einer Schmelzwanne 254 zugeführt.
Bezugszeichenliste

110: Bereitstellen erstes Teilgemenge
112: Vermischen erstes und zweites Teilgemenge zu fünften Teilgemenge
114: Beaufschlagen mit Natronlauge und/oder Wasser
116: Aufheizen fünftes Teilgemenge in Niedrigtemperaturphase
118: Aufheizen fünftes Teilgemenge in Hochtemperaturphase
120: Bereitstellen zweites Teilgemenge
122: Aufheizen zweites Teilgemenge in Niedrigtemperaturphase
124: Aufheizen zweites Teilgemenge in Hochtemperaturphase
130: Bereitstellen drittes Teilgemenge
132: Aufheizen drittes Teilgemenge
140: Bereitstellen viertes Teilgemenge
152: Vermischen drittes, viertes und fünftes Teilgemenge zu sechstem Teilgemenge
154: Zuführen sechstes Teilgemenge in Schmelzofen
200: Anlage zur Glasherstellung
201: Erstes Teilgemenge, Sand enthaltendes Teilgemenge, Sandgemenge
202: Zweites Teilgemenge, Soda enthaltendes Teilgemenge, Sodagemenge
203: Drittes Teilgemenge, die übrigen Rohstoffe enthaltendes Hauptgemenge
204: Viertes Teilgemenge, Scherben enthaltendes Teilgemenge
205: Fünftes Teilgemenge, Sand-Soda-Mischgemenge, Mischgemenge
206: Sechstes Teilgemenge, Gesamtgemenge
211: Sand beinhaltendes Silo
212: Soda beinhaltendes Silo
213: Übrige Glasrohstoffe beinhaltendes Silo
214: Scherben beinhaltendes Silo
220: Erste Transportstrecke für das fünfte Teilgemenge
222: Erster Mischer
224: Beaufschlagungsmittel
226: Feuchtigkeit
228: Vorwärmzone der ersten Transportstrecke
230: Erster Wärmetauscher
234: Erstes Heizmittel
240: Zweite Transportstrecke für das dritte Teilgemenge
242: Vorwärmzone der zweiten Transportstrecke
250: Dritte Transportstrecke für das sechste Teilgemenge
252: Zweiter Mischer für das Gesamtgemenge
254: Schmelzwanne
256: Abwärme, Abgaswärme, Abwärme der Schmelzwanne

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2578110 [0003]
WO 2009/029616 [0004]
DE 102010001327 A1 [0005]
DE 2905089 A1 [0006]
EP 0018226 A1 [0006]
US 4184861 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Glas, wobei ein Gesamtgemenge von Rohstoffen zu Glas geschmolzen wird, aufweisend die Schritte: – Bereitstellen von Rohstoffen und Scherben in Teilgemengen (201, 202, 203, 204, 205), wobei – ein Sand enthaltendes Sandgemenge als erstes Teilgemenge (201) und ein Soda enthaltendes Sodagemenge als zweites Teilgemenge (202) separat von einem die übrigen Rohstoffe enthaltenden Hauptgemenge als drittem Teilgemenge (203) bereitgestellt, und separat von einem die übrigen Rohstoffe enthaltenden Hauptgemenge als drittem Teilgemenge (203) vermischt werden, – Aufheizen wenigstens eines der Teilgemenge (203, 205) in wenigstens einer thermischen Zone (228, 242), insbesondere in einer gemeinsamen thermischen Zone oder in separaten thermischen Zonen (228, 242), – Mischen der Teilgemenge (203, 204, 205) zu einem Gesamtgemenge (206), – Zuführen des Gesamtgemenges (206) zum Schmelzen in eine Schmelzwanne (254), dadurch gekennzeichnet, dass – das Mengenverhältnis zwischen dem erstem Teilgemenge (201) und dem zweitem Teilgemenge (202) nahstöchiometrisch ist gemäß einer Festkörperreaktion zwischen Sand und Soda, – das erste Teilgemenge (201) und das zweite Teilgemenge (202) vor dem Aufheizen zu einem Mischgemenge (205) als fünftes Teilgemenge vermischt werden, insbesondere vor einem gemeinsamen Aufheizen des ersten und/oder zweiten Teilgemenges (201, 202) und/oder vor einem Aufheizen separat von dem dritten Teilgemenge (203) oder einem weiteren Teilgemenge, – das fünfte Teilgemenge (205) separat aufgeheizt wird, insbesondere separat vom dritten Teilgemenge (203) und/oder separat von einem weiteren Teilgemenge aufgeheizt wird, – beim separaten Aufheizen das fünfte Teilgemenge (205) auf eine für die Festkörperreaktion zwischen Sand und Soda benötigte Reaktionstemperatur aufgeheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teilgemenge aus einer Gesamtheit von Teilgemengen (201, 202, 203, 204, 205) und/oder das Gesamtgemenge (206) auf mindestens einer Transportstrecke aus einer Gesamtheit von Transportstrecken (220, 240, 250) befördert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das fünfte Teilgemenge (205) mit einer Feuchtigkeit (226), insbesondere Wasser und/oder Natronlauge, beaufschlagt wird, wobei das Beaufschlagen während des Vermischens im ersten Mischer (222) oder im Anschluss an das Vermischen auf der Transportstrecke (220) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Abwärme (256) zum Aufheizen des fünften Teilgemenges (205) genutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme aus den Abgasen eines Porenbrenners und/oder eines Strahlrohrheizsystems und/oder einer Schmelzwanne (254) gewonnen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheizen des fünften Teilgemenges (205) in eine Niedrigtemperaturphase bei einer Zwischentemperatur, insbesondere zwischen 150°C bis 550°C, und eine anschließende Hochtemperaturphase bei einer Reaktionstemperatur, insbesondere zwischen 550°C bis 1000°C, aufgeteilt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Niedrigtemperaturphase das fünfte Teilgemenge (205) unter Nutzung von Abwärme (256) auf eine Zwischentemperatur, insbesondere unterhalb der für die Festkörperreaktion zwischen Sand und Soda benötigten Reaktionstemperatur aufgeheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hochtemperaturphase das fünfte Teilgemenge (205) auf eine für die Festkörperreaktion zwischen Sand und Soda benötigte Reaktionstemperatur aufgeheizt wird, insbesondere oberhalb einer Zwischentemperatur aufgeheizt wird, insbesondere zwischen 700°C und 850°C aufgeheizt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hochtemperaturphase ein Heizmittel (234) zum Aufheizen des fünften Teilgemenges (205) genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmittel (234) ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus: einem Porenbrenner, einem Strahlrohrheizsystem, einer Mikrowellenheizung oder einer elektrischen Heizung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der im ersten Teilgemenge (201) enthaltene Sand feinkörniger Sand ist, insbesondere der feinkörnige Sand eine Korngröße unter 1 mm aufweist und bevorzugt folgende, nach Gewichtsprozent festgelegte Korngrößenverteilung aufweist: 95 % < 1 mm, 25 % < 0,25 mm, 1 % < 0,125 mm.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die im zweiten Teilgemenge (202) enthaltene Soda leichte Soda ist, insbesondere die leichte Soda eine Schüttdichte unter 0,8 kg/dm³ aufweist und bevorzugt eine Schüttdichte zwischen 0,5 kg/dm³ und 0,65 kg/dm³ aufweist.
Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Anlage (200) zur Glasherstellung ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Anlage (200) nach Anspruch 14 aufweisend eine Schmelzwanne (254), eine erste Vorwärmstrecke (261) und eine zweite Vorwärmstrecke (262), sowie einen Mischer (222, 252), insbesondere aufweisend eine Steuereinrichtung nach Anspruch 13.