DE69114056T2 - Effizient thermisches Schmelzen und Brennstoffumformung für Glasschmelzen. - Google Patents

Effizient thermisches Schmelzen und Brennstoffumformung für Glasschmelzen.

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Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die bessere Behandlung von mit Sauerstoff angereicherten Öfen zum Glasschmelzen bzw. zur Glasherstellung mit der Reformierung des Brennstoffs und einer integrierten Behandlung der Wärme- und Verfahrensströme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung von handelsüblichem reinem Sauerstoff in einem Ofen zur Glasherstellung mit der Gewinnung der Wärme des Abgases durch zumindest teilweises Reformieren des Ofenbrennstoffs, wobei das Abgas aufgrund der Sauerstoffreinheit vorwiegend Kohlendioxid ist, und wobei das Kohlendioxid für den Umlauf und für die Abgabe als Produkt gewonnen werden kann.
    • HINTERGRUND DES STANDES DER TECHNIK
  • Die Glasherstellungsindustrie hat verschiedene Versuche unternommen, um den Wirkungsgrad von Öfen zur Glasherstellung zu erhöhen, die in großem- Umfang eine sehr traditionelle Verbrennungstechnologie nutzen.
  • Eine Anzahl von Patenten hat zum Beispiel die Ausnutzung von mit Sauerstoff angereichertem Verbrennungsgas in einem Ofen zur Glasherstellung in Betracht gezogen, z.B. US-Patent 3 337 324, das die Verwendung von mit Sauerstoff angereicherter Luft beschreibt, damit die Verbrennungstemperatur erhöht und die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit auf die geschmolzene Charge im Ofen zur Glasherstellung verbessert wird. US-Patente 3 592 622 und 3 592 623 schlagen die Verwendung von Oxobrennstoff-Brennern vor, damit das Schmelzen der Charge im Ofen beschleunigt wird. US-Patent 3 627 504 beschreibt einen eingetauchten Brenner, damit das homogene Vermischen der der Charge zugesetzten Glasfarbstoffe gefördert wird. US-Patent 3 856 496 beschreibt die Verwendung von zwei Paar Brennern für mit Sauerstoff angereicherte Luft, die in der Wand des Ofens für die Glasherstellung befestigt sind, damit die zugeführten Rohmaterialien im Ofen geschmolzen werden. US-Patent 4 473 388 schlägt Flammen von Oxobrennstoffen mit geringer Bewegungsenergie vor, die an der Grenzfläche von Beschickung/Glas erzielt werden, die die gesamte Breite des Ofens abdeckt, wodurch das Schmelzen und Feinen verbessert wird. US-Patent 4 531 916 beschreibt das Erwärmen der Beschickung in einem Ofen zur Glasherstellung durch Kombination einer Luft-Brennstoff- Flamme und einer Sauerstoff-Brennstoff-Flamme. US-Patent 4 539 035 beschreibt einen Sauerstoffbrenner, der auf der Oberseite der Ofenwand angeordnet ist, damit die Flamme nach unten gestrahlt wird, wobei rieselnder Glasbruch die Flamme umgibt, damit der Glasbruch erwärmt und die Ofenwand geschützt wird. US-Patent 4 622 007 und 4 642 047 beschreiben Brennergestaltungen für mit Flüssigkeit gekühlten Oxobrennstoff für die zweistufige Verbrennung von schmelzenden Materialien, z.B. Glas. US-Patent 4 761 132 schlägt Brenner für sauerstoffreiches Gas für die zweistufige Verbrennung für die Glasindustrie vor, damit NOx-gesteuert wird. Das Britische Patent 2 140 910 beschreibt die Brennergestaltung für Oxobrennstoff für Glas schmelzende Behälter, bei denen die Länge der Flamme nicht abnimmt. In einem Artikel mit dem Titel "The Use of Oxygen in Glass Making Furnaces" von H.R. Miller und K. Royds, der in Glass Technology, Band 14, Nr. 6, Dezember 1973, Seiten 171-181 erscheint, werden Oxobrennstoffstrecken beschrieben, die in einen Ofen zur Glasherstellung führen.
  • Die gleichzeitige Erzeugung von Elektrizität aus der Abwärme, die von einem Ofen zur Glasherstellung gewonnen wurde, ist Gegenstand verschiedener Beschreibungen, einschließlich US- Patent 4 528 012, das Verfahren zur Gewinnung wertvoller Energie vorschlägt, indem Wärme vom heißen Abgas, das den Regenerator des Ofens für die Glasherstellung verläßt, auf einen komprimierten Luftstrom übertragen wird, und die heiße Luft dann zur Stromerzeugung expandiert wird. Diese expandierte Luft mit reduziertem Druck wird dann für die Verbrennung im Ofen zur Glasherstellung verwendet.
  • Die Glasherstellungsindustrie hat auch verschiedene Wege zum Erwärmen des Glasbruchs und der Beschickung mit Abwärme vom Ofen zur Glasherstellung gesucht, ein Beispiel dafür ist US- Patent Nr. 3 880 639, das ein Verfahren zum Beseitigen von Verschmutzungen bei einem Glasschmelzverfahren beschreibt, indem das heiße Abgas im Gegenstrom zum direkten Wärmeaustausch mit der agglomerierten alkalischen Glasbeschickung geleitet wird. Die Schwefelverbindungen im Abgas werden durch Reaktion mit der alkalischen Glasbeschickung entfernt. US-Patent 4 350 512 schlägt vor, daß Glasbruch verwendet werden kann, um Wärme und partikelförmiges Material aus dem heißen Abgas zu gewinnen. Es können elektrostatische Vorrichtungen verwendet werden, um das Einfangen der Partikel zu verbessern. US-Patent 4 441 906 schlägt ein Verfahren zum Vorwärmen der Glasbeschickung mit einem erwärmenden Medium vor, das wiederum durch das Abgas des Ofens erwärmt wird, und wobei das erwärmte Medium zum Vorwärmen der Glasbeschickung verwendet wird. Es ist auch ein Verfahren zum Reinigen eines Mediums aus Gaskondensat eingeschlossen. US-Patent 4 696 690 schlägt ein Verfahren zur Verwendung von heißem Abgas zum Vorwärmen der Rohmaterialien, insbesondere Glasbruch, in einem Bunkerbett auf bis zu etwa 716ºF vor, das abgekühlte Abgas wird dann zu einem Naßwäscher geleitet, damit SOx, NOx und partikelförmige Materialien entfernt werden.
  • Der Stand der Technik hat auch die Gewinnung von Kohlendioxid vom Glasherstellungsverfahren in Betracht gezogen, wie es auf Seite 394 des Buchs Handbook of Glass Manufacturel, Bd. 1, 3. Ausg., Herausg. Dr. Faye V. Tooley, Ashlee Publishing Company, 1984 beschrieben ist, wobei Kohlendioxid von der vollelektrischen Glasschmelzvorrichtung als Komponente des Abgases von der Glasschmelze selbst gewonnen wird.
  • US-Patent 4 882 736 beschreibt ein Verfahren zur Wärmegewinnung vom heißen Abgas von einem Ofen zur Glasherstellung durch Gegenstrom-Wärmeaustausch des Abgas es mit der auf der Oberfläche der Glasschmelze schwimmenden Glasbeschickung.
  • In einem Schriftsatz mit dem Titel "Glass Batch Preheating Utilizing Fluidized Technology" von E.F. Doyle und L.S. Donaldson, 1984 International Gas Research Conference und in der Broschüre Technology Profile, von Gas Research Institute im März 1986 veröffentlicht, wird die Verwendung einer Wirbelbett-Vorwärmvorrichtung für die Charge vorgeschlagen, um einen Teil der Abwärme vom Abgas zu gewinnen.
  • Die Verwendung von reinem Sauerstoff für die Verbrennung in einem Ofen zur Glasherstellung und die Gewinnung der Abwärrne vom Abgas durch Vorwärmen von Glasbeschickung und Glasbruch in mehrstufigen Zyklonen wurde kürzlich von Jiayang Tang in einem Artikel mit dem Titel "Application of Pure Oxygen with Batch Preheating to Glass Melting Furnaces", 1989 vorgeschlagen.
  • Die Verwendung eines thermochemischen Rekuperatorsystems zur Gewinnung von einem Teil der Abwärme von einem Luft/Brennstoff-Verbrennungsabgas von einem Ofen zur Glasherstellung wurde von Donald K. Fleming und Mark J. Khinkis in ihrem Schriftsatz unter dem Titel "The Thermochemical Recuperator System - Advanced Heat Recoverv", 12. Energy Technology Conference and Exposition, Washington, D.C., 25.-27. März 1985 vorgeschlagen. Bei diesem System verbessert die Wärme, die durch chemische Reaktionen durch das Dampf/Methan-Reformieren bei 1300 bis 1500ºF absorbiert wird, den Heizwert des Brennstoffs und wird bei der Flammtemperatur erneut freigesetzt.
  • EP-A-440 085, die kein vorveröffentlichtes Dokument darstellt, beschreibt ein integriertes Verfahren zur Herstellung von Glas, wobei die Verbrennungswärme zum Schmelzen der Glasherstellungsmaterialien im Ofen zur Glasherstellung verwendet wird, welches umfaßt: Erwärmen der Glasherstellungsmaterialien der Beschickung und von Glasbruchbeschickungsmaterialien im Ofen zur Glasherstellung durch Verbrennung eines Brennstoffs mit einem mit Sauerstoff angereicherten Oxidationsmittelstrom, Entfernen des heißen Abgas es aus dem Ofen zur Glasherstellung, das im wesentlichen ein Kohlendioxid enthaltendes Verbrennungsprodukt und flüchtige Bestandteile des Beschickungsmaterials enthält, und Abschrecken des Abgases mit dem verhältnismäßig kälteren Verfahrensstrom, wodurch die flüchtigen Bestandteile kondensieren, weiteres Abkühlen von zumindest einem Teil des Abgases mit dem Brennstoff, der dem Ofen zur Glasherstellung zugeführt wird und mit zumindest einem Teil der Glasherstellungsmaterialien für den Ofen, Abtrennen von Kohlendioxid in im wesentlichen reiner Form vom Abgas als Produkt des Verfahrens und Gewinnung von gereinigtem Glas als Produkt des Verfahrens.
  • Obwohl der Stand der Technik verschiedene einzelne Verfahren zur wachsenden Verbesserung des Wirkungsgrades eines Glasschmelzverfahrens vorgeschlagen hat, bleibt das Glasschmelzverfahren ein signifikantes Energie verbrauchendes Verfahren mit minimaler Wärmegewinnung und beträchtlichen Bedenken bei der Behandlung des Abgases. Die vorliegende Erfindung zeigt ein integriertes und einzigartiges Verfahren zur Lösung dieser Probleme beim Wirkungsgrad und der Verschmutzung mit einer Gewinnung der Wärmeenergie bei Erzeugung eines Brennstoffs mit höherem Wärmewert durch Reformieren, dies wird nachfolgend ausführlicher aufgeführt.
    • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist ein integriertes Verfahren zur Herstellung von Glas unter Ausnutzung der Verbrennungswärme zum Schmelzen der Materialien für die Glasherstellung in einem Ofen zur Glasherstellung, welches umfaßt: Erwärmen und Schmelzen der Materialien zur Glasherstellung der Beschickung und von Glasbruchbeschickungsmaterialien in einem Ofen zur Glasherstellung durch Verbrennung von Brennstoff mit einem mit Sauerstoff angereicherten Oxidationsmittelstrom; Entfernen des heißen Abgases aus dem Ofen für die Glasherstellung, das ein im wesentlichen Kohlendioxid enthaltendes Verbrennungsprodukt und flüchtige Bestandteile des Beschickungsmaterials umfaßt, und Abschrecken des Abgases mit einem relativ kälteren Umlaufstrom aus zumindest einem Teil des Abgases von einem stromabwärtigen Teil im Verfahren; weiteres Abkühlen von zumindest einem Teil des Abgases mit zumindest einem Teil des Kohlenwasserstoffbrennstoffs, der dem Ofen zur Glasherstellung zugeführt wird, um den Kohlenwasserstoffbrennstoff in Synthesegas zu reformieren, das dem Ofen zur Glasherstellung als Brennstoff zugeführt wird; Rezirkulieren von einem Teil des abgekühlten Abgases, um das heiße Abgas aus dem Ofen zur Glasherstellung abzuschrecken; und Gewinnen von gereinigtem Glas als Produkt des Verfahrens.
  • Das Reformieren ist vorzugsweise das Dampf-Kohlenwasserstoff- Reformieren.
  • Alternativ ist das Reformieren ein Kohlenwasserstoff-Kohlendioxid-Reformieren. Bei dieser Alternative wird vorzugsweise zumindest ein Teil des Abgases beim Kohlenwasserstoff-Kohlendioxid-Reformieren als Kohlendioxidguelle verwendet.
  • Das Abgas wird, nachdem es durch das Reformieren weiter abgekühlt wurde, vorzugsweise zumindest teilweise in ein Kohlendioxidprodukt, einen Entlüftungsstrom und Wasser getrennt. Die Kohlendioxidtrennung ist noch bevorzugter eine Tieftemperaturdesillation. Alternativ ist die Kohlendioxidtrennung eine adsorbierende Trennung. Alternativ ist die Kohlendioxidtrennung auch eine Membrantrennung.
  • Ein Teil des Abgases wird vorzugsweise einem Wärmeaustausch mit dem Glasbruch unterzogen, wodurch das Abgas abgekühlt und der Glasbruch erwärmt wird. Alternativ wird das Abgas einem Wärmeaustausch mit der Beschickung unterzogen, damit das Abgas abgekühlt und die Beschickung erwärmt wird.
  • Das mit Sauerstoff angereicherte Gas ist vorzugsweise handelsüblicher reiner Sauerstoff. Noch bevorzugter besteht das mit Sauerstoff angereicherte Gas aus zumindest 93% Sauerstoff.
  • Vorzugsweise erfolgt zumindest ein Teil des Abschreckens in einem Wirbelbett-Wärmeaustausch. Vorzugsweise erfolgt zumindest ein Teil des Reformierens in einem Wirbelbett-Austausch. Es ist optimal, wenn das Wirbelgas für den Wirbelbett-Wärmeaustausch durch rezirkuliertes Abgas bereitgestellt wird.
  • Der Kohlenwasserstoffbrennstoff, der nicht reformiert wurde, und der Synthesegasbrennstoff werden vorzugsweise dem Ofen zur Glasherstellung separat zugeführt. Noch bevorzugter wird der Kohlenwasserstoftbrennstoff der Ablaßseite des Ofens für die Glasherstellung zugeführt.
  • Vorzugsweise wird zumindest ein Teil des Synthesegases in einen Wasserstoffstrom und einen Kohlenmonoxidstrom getrennt. Noch bevorzugter wird zumindest ein Teil des Wasserstoffs der Einlaßseite des Ofens für die Glasherstellung zugeführt. Vorzugsweise wird mindestens ein Teil des Wasserstoffs als Brennstoff für die Tauchverbrennung im Ofen zur Glasherstellung verwendet. Alternativ wird zumindest ein Teil des Wasserstoffs als inertes Medium bei der Floatglas-Herstellung auf einem Zinnbad verwendet
  • Das Abgas wird vorzugsweise ergänzend mit einem Medium, z.B. Sand, Dampf, Luft, flüssiges Wasser, mit Stickstoff angereichertes Gas und Mischungen davon, oder einem anderen geeigneten Medium abgeschreckt, das das Gesamtverfahren nicht beeinträchtigt.
  • Insbesondere besteht die vorliegende Erfindung in einem integrierten Verfahren zur Herstellung von Glas unter Ausnutzung der Verbrennungswärme zum Schmelzen der Materialien für die Glasherstellung in einem Ofen zur Glasherstellung, welches umfaßt: Erwärmen und Schmelzen der Materialien für die Glasherstellung der Beschickung und von Glasbruchbeschickungsmaterialien in einem Ofen zur Glasherstellung durch Verbrennung von Brennstoff mit einem mit Sauerstoff angereicherten Oxidationsmittelstrom; Entfernen des heißen Abgases aus dem Ofen zur Glasherstellung, das ein im wesentlichen Kohlendioxid enthaltendes Verbrennungsprodukt umfaßt, und Abkühlen des Abgases durch Reformieren von zumindest einem Teil des Kohlenwasserstoffbrennstoffs zu Synthesegas beim Kohlenwasserstoff- Kohlendioxid-Reformieren unter Verwendung der Wärme des Abgases, wodurch das Reformieren erfolgt; Einführen des Synthesegases in den Ofen zur Glasherstellung als zumindest ein Teil des Brennstoffs für den Ofen für die Glasherstellung; und Gewinnen von gereinigtem Glas als Produkt des Verfahrens.
  • Vorzugsweise wird zumindest ein Teil des abgekühlten Abgases als Kohlendioxidquelle für das Reformieren zum Kohlenwasserstoff-Kohlendioxid-Reformieren rezirkuliert.
  • Das abgekühlte Abgas wird vorzugsweise zumindest teilweise in ein Kohlendioxidprodukt, einen Entlüftungsstrom und Wasser getrennt.
  • Zumindest ein Teil des abgekühlten Abgases wird vorzugsweise rezirkuliert, um das heiße Abgas aus dem Ofen zur Glasherstellung abzuschrecken.
  • Der Kohlenwasserstoffbrennstoff, der nicht reformiert wurde, und der Synthesegasbrennstoff werden vorzugsweise dem Ofen zur Glasherstellung getrennt zugeführt. Noch bevorzugter wird der Kohlenwasserstoffbrennstoff der Ablaßseite des Ofens zur Glasherstellung zugeführt.
  • Mindestens ein Teil des Synthesegases wird vorzugsweise in einen Wasserstoffstrom und einen Kohlenmonoxidstrom getrennt. Noch bevorzugter wird mindestens ein Teil des Wasserstoffs der Einlaßseite des Ofens zur Glasherstellung zugeführt. Vorzugsweise wird mindestens ein Teil des Wasserstoffs als Brennstoff für die Tauchverbrennung im Ofen zur Glasherstellung verwendet. Alternativ wird mindestens ein Teil des Wasserstoffs als inertes Medium bei der Floatglas-Herstellung auf einem Zinnbad verwendet.
  • Das Abgas wird vorzugsweise ergänzend mit einem Medium, z.B. Sand, Dampf, Luft, flüssiges Wasser, mit Stickstoff angereichertem Gas und Mischungen davon, oder einem anderen geeigneten Medium abgeschreckt, das das Gesamtverfahren nicht beeinträchtigt.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit dem Dampf-Methan-Reformieren, die als Fließschema dargestellt wird;
  • Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit dem Kohlenwasserstoff-Kohlendioxid-Reformieren, die als Fließschema dargestellt ist.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung besteht in einem integrierten Verfahren zur Herstellung von Glas, wobei die mit Sauerstoff angereicherte Verbrennungswärme des heißen Abgas es aus dem Ofen zur Glasherstellung verwendet wird, um zumindest einen Teil des Brennstoffgases zum Ofen vorzuwärmen und zu reformieren, mit der Möglichkeit, die Materialien zur Glasherstellung, die Beschickung und/oder den Glasbruch vorzuwärmen. Kohlendioxid im Abgas kann eventuell abgetrennt und als Nebenprodukt gewonnen werden. Die beiden hier beschriebenen Schemata der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens basieren auf der Verwendung eines mit Sauerstoff angereicherten Oxidationsmittels (im allgemeinen handelsüblicher reiner Sauerstoff, der als > 30% O&sub2; definiert wird, noch bevorzugter ein Sauerstoffgas mit hoher Reinheit, das als > 93% O&sub2; definiert wird) für die Verbrennung im Ofen für die Glasherstellung. Die Verwendung eines mit Sauerstoff angereicherten Oxidationsmittels anstelle von Luft bei der Verbrennnung verbessert nicht nur die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit zum Schmelzen der Beschickung im Ofen sondern verringert auch den fühlbaren Wärmeverlust des Abgases an den Schornstein aufgrund einer Verringung des Stroms deutlich, da Stickstoff eliminiert wird. Außerdem macht die Verwendung von hochreinem Sauerstoff im Verfahren die Gewinnung des hochreinen Nebenproduktes CO&sub2; ökonomisch interessanter. Beide Verfahrensschemata basieren auch auf dem Konzept der Ausnutzung der Wärme vom Abgas, um zumindest einen Teil des Brennstoffs, z.B. Kohlenwasserstoffe, wie Erdgas oder andere methanhaltige Ströme, vorzuwärmen und zu reformieren. Da die Reformierungsreaktionen, entweder Dampf/Kohlenwasserstoff (Methan) oder Kohlenwasserstoff (Methan) /Kohlendioxid' stark endotherm sind, können die erf indungsgemäßen Verfahren die gewonnene Wärme im reformierten Gas bei vernünftigen Temperaturen chemisch speichern und diese chemische Energie erneut als Wärme freisetzen, wenn es im Ofen zur Glasherstellung mit O&sub2; verbrannt wird. Alle übriggebliebene Wärme vom Vorwärmen/Reformieren des Brennstoffs kann zur Dampferzeugung oder zum Vorwärmen der Beschickungs/Glasbruch-Rohmaterialien verwendet werden.
  • Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens anhand der beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben. Selbstverständlich liegen Änderungen dieses Verfahrens im Schutzumfang der Erfindung, und die bestimmten Verfahrensbedingungen dienen nur der Erläuterung.
  • Wie in Fig. 1 gezeigt, zeigt die erste Ausführungsform ein Fließschema für das erste Verfahrensschema der Erfindung zur Herstellung von täglich 254 Tonnen Glas (250 TPD (tons per day)). Das Verfahren ist nach dem Konzept des Vorwärmens einer Erdgasbeschickung und der Durchführung des endothermen, katalytischen Dampf/Methan-Reformierens gestaltet, damit die Abwärme vom heißen Abgas von einem mit Oxobrennstoff beheizten Ofen zur Glasherstellung gewonnen wird. Außerdem wird ein Teil des abgekühlten CO&sub2;-reichen Abgases rezirkuliert, damit das heiße Abgas abgeschreckt und das Sandbett für den Wärmeaustausch im Reformer verwirbelt wird.
  • Wie gezeigt werden dem Ofen 3 zur Glasherstellung 1.722 m³/h (60.801 scfh) eines hochreinen Sauerstoffstroms 1 zusammen mit 7.521 kg (16.584 lbs)/h von Beschickungsmaterialien und 3.223 kg (7.108 lb)/h des Glasbruchstroms 2 (zusammen die Materialien für die Glasherstellung) zugeführt. Der Ofen wird auch elektrisch mit einer Stromzufuhr 4 mit etwa 750 kW verstärkt Die Materialien für die Glasherstellung werden geschmolzen, und durch die Leitung 5 werden 254 t/Tag (250 TPD) geschmolzenes Glas abgezogen. Brennstoff, der 840 m³/h (29.645 scfh) Erdgas umfaßt, wird durch die Beschickungsleitung 6 zugeführt, er wird zuerst in zwei Ströme 7 (40%) und 8 (60%) aufgeteilt. Der Strom 7 wird mit Darnpf gemischt, dem Strom 34 vom Speisewasser 32, das durch den Wärmeaustausch 20 mit dem kühlenden Abgas in Dampf umgewandelt wird, wodurch der Strom 35 als Reformer-Gasbeschickung gebildet wird. Der Strom 8 wird in der Vorwärmeinrichtung 9 für die Beschickung mit dem Abgas auf 538ºC (1.000ºF) erwärmt. Das austretende Gas 10 wird mit dem reformierten Brennstoff gemischt, dem Strom 39, der Synthesegas mit 871ºC (1.600ºF) umfaßt, dies wird später detaillierter beschrieben, wodurch ein gemischter Heizgasstrom 11 mit 740ºC (1.364ºF) mit einem Durchsatz von 2.073 m³/h (73.188 scfh) und einer Zusammensetzung aus 24% CH&sub4;, 10% H&sub2;O, 14% CO, 49% H2 und 2% CO&sub2; erhalten wird. Dieser Strom wird dem Ofen 3 für die Glasherstellung als Brennstoff für die Verbrennung zugeführt. Alternativ können der Strom 10 und der Strom 39 dem Ofen getrennt zugeführt werden (nicht gezeigt). Der Vorteil des getrennten Verbrennens des Kohlenwasserstoffbrennstoffs und des reformierten Brennstoffs besteht darin, daß der reformierte Brennstoff an der Beschickungsseite des Ofens besser ausgenutzt werden kann, an der die Beschickung eingeführt wird, während der Kohlenwasserstoffbrennstoff an der Ablaßseite des Ofens besser ausgenutzt werden kann, wobei dies von den Merkmalen der Flamme und der Wärmeübertragung abhängt. Vom Strom 39 kann auch ein Nebenstrom als Syngas-Nebenprodukt (Synthesegas-Nebenprodukt) abgezogen werden (nicht gezeigt). Außerdem kann das Syngas in Wasserstoff- und Kohlenmonoxidströme getrennt werden, wobei der abgetrennte Wasserstoff für die Tauchverbrennung im Ofen oder für die stromabwärtige Glasbehandlung verwendet werden kann, z.B. zum Inertmachen von Floatglas auf einer Zinnschmelze. Das Kohlenmonoxid kann erneut mit den anderen Brennstoffen gemischt werden, die im Ofen für die Glasherstellung verbrannt werden sollen.
  • Nach der Verbrennung wird das heiße Abgas 12 mit 4.247 m³/h (150.323 scfh), das im wesentlichen ein Kohlendioxid enthaltendes Verbrennungsprodukt und flüchtige Bestandteile des Beschickungsmaterials mit einer Zusammensetzung von 60% H&sub2;O, 36% CO&sub2;, 1% O&sub2; und 3% N&sub2; und Ar mit etwa 1.204ºC (2.200ºF) umfaßt, aus dem Ofen zu einem Reformer für den indirekten Wärmeaustausch mit dem zu reformierenden Kohlenwasserstoffbrennstoff geleitet. Bei einer bevorzugten Anordnung des Verfahrens wird das heiße Gas zuerst im Abschnitt 13 des Reformers in einem verwirbelten Sandbett auf 927ºC (1.700ºF) abgeschreckt. Es wird ein Wirbelbett (vorzugsweise mit Sand) verwendet, um das Einfangen der Feststoffe aus dem heißen Abgas zu fördern, eine hohe Wärmeübertragung zu erreichen und das Verschmutzen der Rohre zu verhindern. Wasserfreies Natriumcarbonat oder Kalk können zugesetzt werden, die zum Einfangen der heißen Kondensate, z.B. Natriurnsulfat, beitragen. Eine geringe Sandmenge kann ausgespült, abgekühlt und mit den Beschickungsmaterialien gemischt werden, um den Aufbau von Feststoffen zu verhindern, die im heißen Abgas aus der Verbrennung mitgerissen werden und im Ofen für die Glasherstellung schmelzen. Zur Temperatursteuerung (Abschrecken des heißen Gases) und für die Bereitstellung einer Gasquelle für die Verwirbelung wird das Wirbelbett auch mit 1.057 m³/h (37.327 scfh) eines relativ kälteren Umlaufstroms 31 (15% H&sub2;O und 88% CO&sub2;) mit etwa 66ºC (150ºF) und 2,1 bar (30 psia) beschickt, der mindestens einen Teil des Abgas es von der stromabwärtigen Behandlung umf aßt, die später beschrieben wird. Es wird auch in Betracht gezogen, daß ein anderes Medium zum Abschrecken des heißen Abgases verwendet werden kann, z.B. Sand, Dampf, Luft, flüssiges Wasser, mit Stickstoff angereichertes Gas und Mischungen davon usw., das Medium ist jedoch nicht darauf begrenzt. Im Wirbelbett wird die fühlbare Wärme, die vom heißen Abgas gewonnen wird, zum Reformieren der Dampf/Methangas-Mischung 38 in den eingetauchten Reformerrohren verwendet, die mit einem Ni-Katalysator für das Reformieren gepackt sind. Das Abgas 14 mit 927ºC (1.70ºCF) wird im Gegenstromabschnitt 15 des Reformers weiter auf 579ºC (1.075ºF) abgekühlt. In diesem Abschnitt wird die vorgewärmte Dampf/Methan-Beschickung 37 im Gegenstrom erwärmt, indem sie die Wärme vom Strom 14 absorbiert, und die Mischung wird in den mit dem Reformierungskatalysator gepackten Rohren zu einer H&sub2;/CO-reichen Synthesegasmischung reformiert. Bei einer anderen Anordnung des Reformers können der Gegenstromabschnitt von Wärmeaustauschergestaltungen vom Käfig-Rekuperator-Typ und der Verwirbelungsabschnitt umgekehrt sein. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß das Wirbelbett bei geringeren Temperaturen betrieben wird und mehr heiße Kondensate, z.B. Natriumsulfat, einfangen kann und die Wärmeaustauschrohre des Reformers sauber bleiben.
  • Das Abgas aus dem Reformer wird in zwei Ströme 16 und 17 getrennt. Der Strom 16 wird verwendet, um im Wärmeaustauscher 9 einen Teil der Erdgasbeschickung 8 vorzuwärmen, wie es oben beschrieben ist, und der Strom 17 wird verwendet, um im Wärmeaustauscher 36 den Strom 35 vorzuwärmen, der eine Mischung aus Dampf 34 und der Erdgasbeschickung 7 darstellt. Der Strom 16 und der resultierende Strom 18 vom gemischten abgekühlten Abgas 19 mit 451ºC (844ºF) wird im Dampfkessel 20 auf 350ºC (662ºF) abgekühlt, wobei die heiße Wasserbeschickung 33 zu Hochtemperaturdampf 34 erwärmt wird, und das austretende Abgas 21 wird in der Vorwärmeinrichtung 22 für das Kesselspeisewasser weiter auf 252ºC (486ºF) abgekühlt, in der 437 kg/h (964 lbs/hr) des Kesselspeisewassers 32 mit 5,2 bar (75 psia) auf etwa 149ºc (300ºF) erwärmt werden. Die heiße Wasserbeschickung 33 wird zum Dampfkessel 20 geleitet, damit Dampf 34 mit etwa 156ºC (312ºF) erzeugt wird, der dann mit dem Erdgasstrom 7 gemischt wird, wodurch gemischtes Gas 35 mit 107ºC (224ºF) gebildet wird. Der Strom wird in der Vorwärmeinrichtung 36 für die gemischte Beschickung weiter auf 538ºC (1.000ºF) erwärmt. Der Strom 35 mit einer Zusammensetzung von etwa 37% CH&sub4; und 63% H&sub2;O (Dampf/Kohlenstoff-Verhältnis 1,7) wird dann mit 906 m³/h (31.979 scfh) zur Rohrseite des Gegenstromabschnittes des Mantel/Rohr-Reformers 15 geleitet, worin die katalytischen Reformierungsreaktionen stattfinden. Die teilweise reformierte Gasmischung 38 (die eine Anzahl von Rohren und Reformatströmen bezeichnet) mit 788ºC (1.450ºF) wird auf der Rohrseite des Wirbelbettabschnitts 13 des Reformers weiter erwärmt und reformiert. 961 m³/h (33.934 scfh) des reformierten Gases 39, das den Reformer mit 871ºC (1.600ºF) und einer Zusammensetzung von 0,48% CH&sub4;, 21% H&sub2;O, 30% CO, 44% H&sub2; und 4% CO&sub2; verläßt, wird anschließend mit einem weiteren Teil der erwärmten Erdgasbeschickung, dem Strom 10, gemischt, wodurch ein gemischter reformierter Brennstoff 11 gebildet wird, und diese Mischung wird dem Ofen 3 für die Glasherstellung zugeführt. Ein Nebenstrom vom Strom 39 kann wie oben beschrieben auch als Synthesegas-Nebenprodukt verwendet werden.
  • Zurück zum abgekühlten Abgasstrom 23: dieses Gas, das die Vorwärmeinrichtung 22 für BFW (Kesselspeisewasser) verläßt, hat einen Durchsatz von 5.314 m³/h (187.647 scfh) bei 253ºC (487ºF) und 1 bar (15 psia) bei einer Zusammensetzung von 50% H&sub2;O, 46% CO&sub2;, 1% O&sub2; und 2% N&sub2; und Ar, es wird im Kondensator 24 weiter abgekühlt, wodurch ein Teil des Wasserdampfs aus dem Abgas 25 kondensiert. Das kondensierte Wasser wird im Separator 26 abgetrennt und zur Kontrolle des Staubs zur Beschickung rezirkuliert oder einfach behandelt und abgegeben. Das relativ trockene, oben austretende, abgekühlte Abgas 27 erhält dann durch das sekundäre Sauggebläse 28 einen höheren Druck. Das austretende Abgas 25 wird in zwei Ströme 30 und 31 getrennt. Der Strom 30 wird zum Abschnitt für die CO&sub2;-Gewinnung oder zum Schornstein (nicht gezeigt) geleitet. Der Strom 31 wird wie oben beschrieben als Abschreckgas und wie bereits beschrieben als Verwirbelungsgas zum Reformer 13 geleitet.
  • Dieses Verfahren hat eine spezifische Wärmeenergie von 3.229 MJ (3,11 MMBTU/ton) des Glases und einen thermischen Wirkungsgrad von etwa 64%. Wenn der Wirkungsgrad der Stromerzeugung von 33% in Betracht gezogen wird, beträgt der gesamte Wirkungsgrad der Wärmeenergie dieses Verfahrens etwa 47% bei einer spezifischen Energiezufuhr von 4.465 MJ (4,3 MMBTU/ton) des Glases. Im Vergleich mit einem auf Luft basierenden Verfahren benötigt dieses Verfahren die Hälfte der elektrischen Energie und verringert den Energieverbrauch des Brennstoffs
  • Fig. 2 zeigt ein Fließschema der zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von 254 Tonnen/Tag (250 TPD) Glas. Das Verfahren nutzt das Konzept der Gewinnung der Abwärme von der Verbrennung im Ofen zur Glasherstellung zum Vorwärmen der Kohlenwasserstoff- oder Erdgasbeschickung und zur Durchführung der endothermen, katalytischen Kohlenwasserstoff (Methan) /Kohlendioxid (trocken) -Reformierungsreaktionen durch Verwendung eines Teils des rezirkulierten kalten CO&sub2;-reichen Abgases, um mindestens einen Teil des Brennstoffs zu reformieren (ohne eine notwendige Dampferzeugung zum Reformieren des Brennstoffs wie bei der vorhergehenden Ausführungsform des Verfahrens) . Die restliche Wärme im Abgas wird zum Vorwärmen des Glasbruchs verwendet. Ein Teil des rezirkulierten kalten CO&sub2;-reichen Abgases wird auch als Abschreckgas und als Verwirbelungsgas für den Wirbelbettabschnitt des Reformers verwendet.
  • Wie gezeigt werden 1623 m³/h (57.298 scfh) des sauerstoffreichen Oxidationsmittelstroms 101 zusammen mit 7.521 kg (16.584 lbs)/h der kalten Beschickungsmaterialien und 3.223 kg (7.108 lbs)/h Glasbruch mit 399ºC (750ºF), Strom102, zum Ofen 103 für die Glasherstellung geleitet. Der Ofen wird ebenfalls durch eine Stromzufuhr mit 750 kw elektrisch verstärkt 104. Die Glasschmelze wird mit 254 t/Tag (250 TPD) durch die Leitung 105 abgezogen. Bei einer Anordnung des Verfahrens werden 846 m³/h (29.890 scfh) einer Kohlenwasserstoff- oder Erdgasbeschickung 106 zuerst in der Vorwärneinrichtung 107 auf 538ºC (1.000ºF) vorgewärmt. Das austretende Heizgas 108 wird in zwei Ströme 109 (65%) und 110 (35%) getrennt. Der Strom 110 wird mit dem vorgewärmten rezirkulierten CO&sub2;-reichen Abgasstrom 111 mit 538ºC (1.000ºF) gemischt, so daß ein CO&sub2;/Kohlenstoff-Verhältnis von etwa 2,0 und ein Dampf/Kohlenstoff-Verhältnis von etwa 0,3 erhalten bleiben (höhere Verhältnisse können durch Zufuhr von weiterem Dampf eingestellt werden) . Bei einer anderen Anordnung des Verfahrens kann ein Teil des Kohlenwasserstoffs oder des Erdgases 106 mit dem rezirkulierten CO&sub2;-reichen Abgas 137 gemischt werden, und die Mischung wird für den Reformer vorgewärmt, und der andere Teil des Gases wird getrennt vorgewärmt. Die Brennstoffmischung 112 wird mit 907 m³/h (32.O&sub2;7 scfh) und einer Zusammensetzung aus 30% CH&sub4;, 9% H&sub2;O und 61% CO&sub2; der Rohrseite des Gegenstromabschnittes 113 des Reformers zugeführt. Das austretende teilweise reformierte Heizgas 114 mit 766ºC (1.410ºF) wird in der Rohrseite des Wirbelbettabschnittes 115 des Reformers weiter erwärmt und reformiert. Das austretende Heizgas oder Synthesegas 116 mit einem Strom von 1457 m³/h (51.467 scfh) und einer Zusammensetzung von 0,08% CH&sub4;, 12% H&sub2;O, 44% CO, 31% H&sub2; und 12% CO&sub2; mit 871ºC (1.600ºF) und 2,1 bar (30 psia) wird mit dem vorgewärmten Kohlenwasserstoff- oder Erdgasstrom 109 gemischt. Alternativ können die Ströme 109 und 116 dem Ofen getrennt zugeführt werden. Die Verwendung und Behandlung des Kohlenwasserstoffbrennstoffs und des reformierten Brennstoffs können nach Alternativen erfolgen, die in der ersten Ausführungsform genannt sind, die vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert wurde. Die Mischung 117 des nicht umgewandelten Brennstoffs und des reformierten Brennstoffs mit einem Strom von 1.971 m³/h (69.596 scfh) und einer Zusammensetzung von 26% CH&sub4;, 9% H&sub2;O, 33% CO, 23% H&sub2; und 9% CO&sub2; mit 738ºC (1.361ºF) und 2,1 bar (30 psia) wird dem Ofen 103 für die Glasherstellung zugeführt, damit eine Verbrennung mit O&sub2; erfolgt. Das heiße Abgas 118, das ein im wesentlichen Kohlendioxid enthaltendes Verbrennungsprodukt umfaßt, wird mit einem Durchsatz von 4.160m³/h (146.904 scfh) mit 1.204ºC (2.200ºF) und 1 bar (15 psia) zur Wärmegewinnung auf den Wirbelbettabschnitt 115 des Reformers geleitet. Ein Strom des abgekühlten rezirkulierten CO&sub2;-reichen Abgases 135 wird mit einer Strömung von 1.048 m³/h (36.990 scfh) mit einer Zusammensetzung von 12% H&sub2;O und 88% CO&sub2; mit 66ºC (150ºF) und 2,1 bar (30 psia) in die Mantelseite des Wirbelbett-Reformers 115 gesprüht, damit das heiße Abgas abgeschreckt und der Sand verwirbelt wird, wodurch der Wärmeaustauch verbessert wird. Das gemischte abgeschreckte Abgas, das direkt aus dem Ofen kommt, verläßt mit dem rezirkulierten kalten Abgas 119 das Wirbelbett 115 des Reformers mit 927ºC (1.700ºF) und wird zum Gegenstromabschnitt 113 des Reformers geleitet und auf 593ºC (1.100ºF) abgekühlt. Der abgekühlte austretende Abgasstrom 120 wird in zwei Ströme 121 und 122 getrennt. Der Strom 121 wird verwendet, um die Kohlenwasserstoff- oder Erdgasbeschickung 106 in der Vorwärmeinrichtung 107 wieder zu erwärmen, und der Strom 122 wird zum Vorwärmen des rezirkulierten CO&sub2;-reichen Abgasstroms 137 in der CO&sub2;- Vorwärmeinrichtung 123 verwendet. Die beiden austretenden Ströme 124 und 125 werden zu einem gemischten Abgasstrom mit einem Strom von 5.208 m³/h (183.898 scfh) mit 454ºC (850ºF) gemischt, der dann im Wärmeaustauscher 127 abgekühlt wird, so daß ein Teil der wertvollen Wärme gewonnen und der Glasbruch auf 399ºC (750ºF) erwärmt wird, und der gemischte Strom wird im Wärmeaustauscher 128 weiter abgekühlt, damit der Wasserdampf kondensiert. Das Wasser wird im Separator 131 abgetrennt, und das Wasser kann zur Beschickung rezirkuliert werden, damit der Staub kontrolliert wird, oder es kann einfach behandelt und abgegeben werden. Der oben austretende Abgasstrom 129, relativ trocken und reich an CO&sub2;, erhält durch das sekundäre Sauggebläse 130 einen höheren Druck. Der austretende Abgasstrom 131 wird in zwei Ströme 132 und 133 getrennt. Der Strom 132 wird zum Abschnitt für die Gewinnung von CO&sub2; oder zum Schornstein (nicht gezeigt) geleitet. Der Abgasstrom 133 wird weiter in zwei Ströme 134 und 135 getrennt. Der Strom 134 wird durch einen Umlauf-Kompressor 136 auf etwa 2,1 bar (30 psia) komprimiert. Das austretende Abgas 137 wird in der CO&sub2;-Vorwärmeinrichtung 123 auf 538ºC (1.000ºF) vorgewärnt und mit dem vorgewärmten Kohlenwasserstoff oder Erdgas 110 gemischt, wie es oben beschrieben wurde. Der andere rezirkulierte CO&sub2;-reiche Abgasstrom 135 mit einer Zusammensetzung von 12% H&sub2;O und 88% CO&sub2; und einem Strom mit 1.048 m³/h (36.990 scfh) wird zum Abschrecken des heißen Abgases aus des heißen Abgases aus dem Ofen und zum Verwirbeln des Sandbetts im Verwirbelungsabschnitt 115 des Reformers verwendet, wie es oben beschrieben wurde.
  • Das zum Reformieren erforderliche CO&sub2; kann auch vom hinteren CO&sub2;-Gewinnungsabschnitt kommen. Die Reihenfolge von Verwirbelungsabschnitt und Gegenstromabschnitt des Reformers kann auch umgekehrt werden, wie es bereits bei der Beschreibung des Verfahrens der ersten Ausführungsform erläutert wurde.
  • Das zweite Verfahren der Erfindung hat eine spezifische Energiezufuhr von 3.053 MJ (2,94 MMBTU/ton) pro Tonne Glas und einen thermischen Wirkungsgrad von 67,9%. Wenn der Wirkungsgrad der Stromerzeugung mit 33% in Betracht gezogen wird, beträgt der gesamte Wirkungsgrad der Energie etwa 48,8% bei einer spezifischen Energie von 4.257 MJ (4,1 MMBTU/ton) pro Tonne Glas und einer erforderlichen Schmelzenergie von 2.077 MJ/t (2 MMBTU/ton) Glas. Im Vergleich mit dem auf Luft basierenden Verfahren verringert das zweite Verfahren die verstärkende elektrische Energie um die Hälfte und den Brennstoffverbrauch um 27%.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren löst das Problem der wirksamen Herstellung von Glas und der Verringerung der Verschmutzung durch die Verwendung eines mit Sauerstoff angereicherten Oxidationsmittelgases (handelsüblich, rein, das allgemein mit mehr als 30% O&sub2; angesehen wird, und hochrein, das vorzugsweise mit mehr als 93% angesehen wird) für die Verbrennung mit dem Brennstoff im Ofen für die Glasherstellung, wodurch ein starker Wärmefluß erreicht wird, damit die Materialien für die Glasherstellung geschmolzen werden und der Durchsatz des Abgases wesentlich verringert wird. Somit werden der fühlbare Wärmeverlust des Abgases und die Wärmeverluste durch die Ofenwände und Leitungen usw. wesentlich verringert. Ein geringerer Abgasstrom macht auch die Abwärmegewinnung einfacher und ökonomischer. Herkömmliche Regeneratoren zum Vorwärmen von Luft werden eliminiert. Stattdessen wird die Wärme zum Vorwärmen und Reformieren des Heizgases und dazu verwendet, die Wärmeenergie in den Ofen zurückzubringen. Deshalb wird der gesamte Wirkungsgrad der Energie deutlich verbessert. Außerdem kann hochreines CO&sub2; als wertvolles Nebenprodukt aus dem Abgas gewonnen werden. Da N&sub2; wesentlich reduziert oder eliminiert wird, wird die Erzeugung von NOX minimiert, dies macht die Verwendung teurer Vorrichtung zur Entfernung von NOX unnötig. Ein reduzierter Strom von heißem Gas durch das System führt auch zu einem reduzierten Mitreißen von partikelförmigem Material; teure Systeme zur Entfernung von Feststoffen, z.B. elektrostatische Abscheider oder Staubbeutel, werden ebenfalls eliminiiert. Das Wirbelbett (Sand ist bevorzugt), das für die Wärmeübertragung zum Vorwärmen und Reformieren des Heizgases verwendet wird, dient auch zum Abschrecken des heißen Gases, wodurch die Verwendung von Hochtemperaturmaterialien vermieden wird. Der verwirbelte Sand trägt auch zum Einfangen von partikelförmigen Materialien und kondensierbaren Materialien, z.B. Natriumsulfat, bei. Sand mit eingefangenen Kondensaten und dergleichen kann gespült, mit den Beschickungsmaterialien gemischt und zum Ofen rezirkuliert werden. Es hat sich gezeigt, daß beide erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich mit herkömmlichen, auf Luft basierenden Verfahren mehr als 20% Wärmeenergie einsparen. Dies ist nur durch eine geeignete Integration der erfindungsgemäßen Wärmegewinnungsschemata möglich, die aus dem Vorwärmen des Erdgases, dem Reformieren mit Dampf/Methan oder CO&sub2;/Methan, dem Vorwärmen des Glasbruchs und/oder der Beschickung bei einem mit Oxobrennstoff geheizten Ofen zur Herstellung von Glas möglich. Das Rezirkulieren des abgekühlten CO&sub2;-Stroms zum Abschrecken/Verwirbeln löst die Korrosionsprobleme, die mit der Wärmegewinnung von heißem korrodierendem Gas verbunden sind.
  • Die Verwendung des Wirbelbetts zur gleichzeitigen Abschreckung des heißen Gases, zum Einfangen des Kondensats und zur Verbesserung der Wärmeübertragung und zum Reformieren des Heizgases wurde bisher nicht vorgeschlagen und unterscheidet die vorliegende Erfindung vom Stand der Technik.
  • Die Verwendung von rezirkuliertem kaltem CO&sub2;-reichen Abgas als Abschreckgas als auch als Verwirbelungsmittei im verwirbelten Abschnitt des Reformers wurde in diesem Zusammenhang im Stand der Technik noch nicht vorgeschlagen. Das unter Druck stehende kalte Abgas als Verwirbelungsgas löst das inhärente Problem, daß heißes Abgas mit geringem Druck (einige inch Wasser) verwendet werden muß, um die Verwirbelung des Bettes zu halten. Das kalte Abgas trägt auch dazu bei, den Einlaßverteiler oder das -gitter davor zu schützen, daß es zu hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Das unter Druck stehende Abgas trägt dazu bei, eine enge Mischung von Sand und heißem Abgas zu bilden. Dieses resultierende gute Mischen fördert eine gleichmäßige Temperatur im Bett und bietet hohe Wärmeübertragungsgeschwindigkeiten zwischen dem Gas und den Feststoffen und zwischen den Feststoffen und den eingetauchten Rohren zum Reformieren. Diese Vorteile unterscheiden die vorliegende Erfindung wiederum vom Stand der Technik.
  • Wegen der geringen Kosten und der Verfügbarkeit ( zum Verfahren gehörig) stellt Sand das bevorzugte Material für die Verwendung im Wirbelbett dar. Geringe Sandmengen mit eingefangenem Staub, Natriumsulfat und anderen kondensierbaren Materialien können aus dem Bett gespült werden, mit den Glasbeschickungsrohmaterialien gemischt und zum Ofen für die Glasherstellung rezirkuliert werden, ohne daß ein gefährlicher fester Abfall entsteht. Außerdem sind wasserfreies Natriumcarbonat oder Kalk beide zum Glasherstellungsverfahren gehörig und können geeigenterweise dem Sand zugesetzt werden, um das Einfangen von SOx zu verbessern. Die entstandene Masse kann zur Beschickung rezirkuliert werden, ohne daß irgendwelche gefährlichen Abfallfeststoffe erzeugt werden. Dies bietet eine unerwartete Verbesserung bei der Beseitigung der Verschmutzung gegenüber dem Stand der Technik und insbesondere der Technik, die die Ausnutzung von thermochemischer Wärme beschreibt.
  • Die Verwendung des Gegenstromabschnittes an der Oberseite des Wirbelbettabschnittes des Reformers (Dampf oder CO&sub2;) bringt die Wärmegewinnung vom heißen Gas auf einen Höchstwert. Die Gegenstromanordnung des indirekten Wärmeaustauschs ermöglicht eine stärkere Wärmegewinnung vom heißen Gas als der Wirbelbettabschnitt mit einer einzigen einheitlichen Temperatur. Der Gegenstromabschnitt wird vorzugsweise auf der Oberseite des Wirbelbettabschnittes angebracht und dient als Freiraum für die Trennung von Gas/Feststoff.
  • Die Verwendung von CO&sub2; zum Kohlenwasserstoff- oder Methan-Reformieren ist bevorzugt, da der zweckgebundene Dampf, der zum Dampf/Methan-Reformieren notwendig ist, und ein zugehöriger Dampfkessel vermieden werden. Auch ohne zugesetzten Dampf wird der Endgasstrom reduziert. Die bevorzugten Katalysatoren, die zum CO&sub2;/Kohlenwasserstoff (Methan) -Reformieren verwendet werden, sind im Handel von Sud-Chemie erhältlich.
  • CO&sub2; kann ökonomisch als Nebenprodukt vom abgekühlten Abgasstrom gewonnen werden, wodurch das Schornsteingas entlüftet und ein Beitrag zur Verringerung der Verfahrenskosten geleistet wird. Die bisher bekannte Anregung stammte von einem vollelektrischen Schmelzverfahren, bei dem CO&sub2; nur durch Zersetzung der Carbonate aus den Beschickungsmaterialien erzeugt wird. Die CO&sub2;-Gewinnung ist bei auf Luft basierenden Verfahren bei einem mit Brennstoff beheizten Ofen aufgrund des Verdünnungsmittels N&sub2; und der relativ geringen CO&sub2;-Menge nicht attraktiv.
  • Die erfindungsgemäßen Verfahren verwenden ein mit Sauerstoff angereichertes Oxidationsmittel (handelsüblich, rein - mit mehr als 30% Sauerstoff definiert, und vorzugsweise hochrein, mit mehr als 93% Sauerstoff definiert) für die Verbrennung mit dem Brennstoff in einem Ofen für die Glasherstellung, wodurch ein starker Wärmefluß auf das Glas erreicht und der Durchsatz des Abgases wesentlich verringert wird. Somit werden die Wärmeverluste verringert und die Größe der Ausrüstung reduziert und somit wird die Abwärmegewinnung einfacher und ökonomischer. Das hochreine Kohlendioxid kann außerdem als wertvolles Nebenprodukt gewonnen werden. Da Stickstoff wesentlich reduziert ist, ist die NO&sub2;-Erzeugung minimal, und teure Vorrichtungen zur Entfernung von NOx sind nicht notwendig. Der geringere Strom des heißen Gases durch das System führt zu einem reduzierten Mitreißen von partikelförmigem Material. Teure Systeme zur Entfernung von Feststoffen, z.B. elektrostatische Abscheider oder Staubbeutel, werden somit eliminiert. Die gesamte Verringerung der Wärmeenergie von über 20% im Vergleich mit auf Luft basierenden Verfahren wird durch die eng miteinander verbundenen Schemata zur Wärmegewinnung und Stromgewinnung erreicht.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf einige bevorzugte Ausführungsformen erläutert; der vollständige Schutzumfang der Erfindung sollte jedoch aus den folgenden Ansprüchen bestimmt werden.

Claims (21)

1. Integriertes Verfahren zur Herstellung von Glas unter Ausnutzung der Verbrennungswärme zum Schmelzen der Materialien für die Glasherstellung in einem Ofen zur Glasherstellung, welches umfaßt:
(a) Erwärmen und Schmelzen der Materialien für die Glasherstellung der Beschickung und von Glasbruchmaterialien in einem Ofen zur Glasherstellung durch Verbrennung eines Kohlenwasserstoffbrennstoffs mit einem mit Sauerstoff angereicherten Oxidationsmittelstrom;
(b) Entfernen des heißen Abgases aus dem Ofen zur Glasherstellung, das ein im wesentlichen Kohlendioxid enthaltendes Verbrennungsprodukt umfaßt, und Abkühlen des Abgases durch Reformieren von zumindest einem Teil des Kohlenwasserstoffbrennstoffs zu Synthesegas beim Kohlenwasserstoff/Kohlendioxid- oder Dampf/Kohlenwasserstoff-Reformieren, wobei zur Durchführung des Reformierens die Wärme des Abgas es ausgenutzt wird, wobei mindestens ein Teil des durch das Reformieren abgekühlten Abgas es rezirkuliert wird, wodurch das heiße Abgas aus dem Ofen zur Glasherstellung abgeschreckt wird; und
(c) Einführen des Synthesegases in den Ofen zur Glasherstellung als mindestens ein Teil des Brennstoffs für den Ofen zur Glasherstellung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Teil des Abgases als Quelle von Kohlendioxid beim Kohlenwasserstoff/Kohlendioxid-Reformieren verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abgas vom Schritt (b) zumindest teilweise in ein Kohlendioxidprodukt, einen Entlüftungsstrom und Wasser getrennt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Kohlendioxidtrennung eine Tieftemperaturdestillation ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Kohlendioxidtrennung eine adsorbierende Trennung ist.
6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Kohlendioxidtrennung eine Membrantrennung ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Teil des Abgases dem Wärmeaustausch mit dem Glasbruch unterzogen wird, wodurch das Abgas abgekühlt und der Glasbruch erwärmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abgas einem Wärmeaustausch mit der Beschickung unterzogen wird, wodurch das Abgas abgekühlt und die Beschickung erwärmt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das mit Sauerstoff angereicherte Gas handelsüblicher reiner Sauerstoff ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das mit Sauerstoff angereicherte Gas mindestens 93%iger Sauerstoff ist.
11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil der Abschreckung in einem Wirbelbett-Wärmeaustausch erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verwirbelungsgas für den Wirbelbett-Wärmeaustausch durch rezirkuliertes Abgas bereitgestellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil des Reformierens in einem Wirbelbett-Wärmeaustausch erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verwirbelungsgas für den Wirbelbett-Wärmeaustausch durch rezirkuliertes Abgas bereitgestellt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kohlenwasserstoffbrennstoff, der nicht reformiert wurde, und der Synthesegasbrennstoff getrennt dem Ofen für die Glasherstellung zugeführt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Kohlenwasserstoffbrennstoff der Abflußseite des Ofens für die Glasherstellung zugeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil des Synthesegases in einen Wasserstoffstrom und einen Kohlenmonoxidstrom getrennt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei mindestens ein Teil des Wasserstoffs der Einlaufseite des Ofens für die Glasherstellung zugeführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17, wobei mindestens ein Teil des Wasserstoffs als inert machendes Medium bei der Floatglas-Herstellung auf einem Zinnbad verwendet wird.
20. Verfahren nach Anspruch 17, wobei mindestens ein Teil des Wasserstoffs als Brennstoff für die Tauchverbrennung in einem Ofen für die Glasherstellung verwendet wird.
21. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abgas ergänzend mit einem Medium abgeschreckt wird, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sand, Dampf, Luft, flüssigem Wasser, mit Stickstoff angereichertem Gas oder Mischungen davon besteht.
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