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淺談啤酒瓶的輕量化與節能減排

王均光

山東省輕工業設計院 研究員

山東省日用硅酸鹽工業協會 秘書長

摘要：指出我國日用玻璃行業的現狀及能源消耗結構，根據國內外常用輕量化瓶單重及普通啤酒瓶與輕量化瓶的對比分析，點明啤酒瓶輕量化與節能減排的關系，指出實現提高啤酒瓶的輕量化水平的生產方法。

        一、低碳經濟時代已經來臨

為減緩氣候變遷及減少人為溫室氣體排放，京都議定書于2005年2月16日正式生效要求溫室氣體排放減量，已是全球趨勢，一個對碳排放限制的低碳經濟時代已經來臨。低碳經濟指的是，以低能耗、低污染、低排放為基礎的經濟模式，其實質是通過能源高效利用、清潔能源開發、實現企業的綠色發展。這種經濟模式不僅意味著企業要加快淘汰高能耗、高污染的落后生產能力，推進節能減排的科技創新。目前在世界范圍內，許多知名企業已將“低碳經濟”和“碳足跡”作為衡量企業的社會責任與實現企業新飛躍的發展方向。雖然在中國這些概念提出的時間并不長，但不少企業早已有與之相符合的思路和理念。

二、我國日用玻璃行業的現狀

        中國是日用玻璃生產大國，玻璃產量居世界前列。2010年全國規模以上日用玻璃生產企業的日用玻璃制品及玻璃包裝容器產量為1993.14萬噸。

三、我國日用玻璃行業能源消耗結構

        我國目前在日用玻璃生產中消耗的能源主要有：重油、天然氣、發生爐煤氣、電等。重油、天然氣、發生爐煤氣等主要用于玻璃窯爐；電主要用于空氣壓縮機、風機、玻璃窯爐等設備。目前由于燃料價格的原因，大部分廠家采用發生爐煤氣作為玻璃窯爐的主要能源。

我國日用玻璃行業的能源利用率與國外相比，差距較大，發達國家的能源利用率一般高達50%以上，而我國僅為35%左右。在日用玻璃工業中，能耗主要消耗在原料的熔化、成型、退火等工序，其中熔化工序的能耗約占產品綜合能耗的60％~70％左右。

作為行業的主要耗能設備玻璃窯爐，國內窯爐普遍規模較小，燃料以發生爐煤氣為主，大多數窯爐沒有脫硫裝置，窯爐材料質量差，控制技術落后，熔制玻璃能耗為300~500kgce/t產品，能耗較高；而國外的窯爐熔化面積較大，日出料量大，一般在每天150~300t以上，能耗低于200kgce/t產品，并對玻璃窯爐煙氣進行脫硫除塵處理。

四、玻璃瓶的輕量化與節能減排

1、玻璃瓶輕量化的概念

在工業和信息化部發布的《日用玻璃行業準入條件》中，明確提出我國輕量化瓶是指：輕量化度不超過1.0的玻璃瓶罐，輕量化度是按L＝0.44×瓶重／滿口容量^（0.810）計算；

國外輕量瓶的重容比一般在0.7~1間，其輕量化度是按：L＝0.44×瓶重／滿口容量^（0.77）計算的。據此得出常用系列輕量化玻璃瓶罐的容量、滿口容量、瓶單重三者的數據見下表。

國內、外常用系列輕量化瓶單重計算表

注：滿口容量與容量的比值取：1.05；輕量化度均以為1計算。

從上表中不難看出，在瓶罐產品系列中，啤酒瓶與一些異型瓶是很難達到輕量化瓶的要求。

2、啤酒瓶的單重與輕量化瓶的比較

就啤酒瓶來講，目前我國330ml瓶的重量約280克左右、500ml瓶的重量約410克左右、600ml瓶的重量約480克左右、640ml瓶的重量約500克左右。國內普通啤酒瓶與輕量化瓶的比較見下表。

    國內普通啤酒瓶與輕量化瓶的比較表

注：滿口容量與容量的比值取：1.05；輕量化度均以為1計算。

        從上表的比較可以看出，生產同容量的瓶子，普通啤酒瓶所需重量要高出輕量瓶重量的8%到47%，水平差距較大；如果僅以成品單耗簡單比較的話，其成品耗能要高出8%到47%（當然輕量化技術涉及面復雜，其成品能耗不僅與單重有關系）。

3、啤酒瓶能量消耗與減排

2010年全國規模以上日用玻璃生產企業的日用玻璃制品與玻璃包裝容器產量1993萬噸，如果按啤酒瓶所占比例35%左右估算，2010年我國啤酒瓶的產量為：700萬噸左右。據《日用玻璃行業準入條件》中要求：燃煤氣生產啤酒瓶的單位產品綜合能耗小于：370kgce/t（產品）計算，2010年全國啤酒瓶生產耗標煤約260萬噸/年。據此，如果都生產輕量瓶的話（假設），在總容量不變的情況下，則每年最小可節標煤10%左右，節約標煤26萬噸，減少二氧化碳排放約67萬噸，效果客觀。在此，只是假設情況下對啤酒瓶的輕量化后的節能量進行了的初步估算，準確度與實際情況有些差距，其目的在于提醒人們啤酒瓶輕量化對節能減排的意義非常重大，也是下一步行業進一步探討的重點。

五、輕量化生產技術的探討

生產輕量瓶，必須從設計從生產全過程的各個環節入手，從原料組織、配料、熔制、成型、退火等環節都必須嚴格控制，在提高材料的物理機械強度的前提下，使玻璃容器薄壁化從而實現輕量化目的。

1、采用科學的玻璃配方。玻璃的內在強度一定程度上取決于玻璃的主要成分，包裝用瓶罐玻璃主要成份是Na₂0—CaO—SiO₂系玻璃。輕量化玻璃容器重點要考慮增加強度的成份，提高組成中網絡形成物含量，使玻璃結構更趨緊密的材料。組成中引入的氧化物離子的電荷要高，離子半徑要小。

2、采用合理的瓶型。研究合理的結構使玻璃容器壁厚減薄，玻璃容器的壁厚減小后，垂直荷重能力減小，但合理的結構可使其應力分布均勻、冷卻均勻和增加容器的“彈性”，其耐內壓強度和沖擊強度反而有可能得以提高。因此，可采取如下措施以保證垂直荷重強度稍微降低或不被降低：其一， 玻璃瓶造型最好是高度不大，瓶型越接近球形越好，而瓶型的線條則越簡單越好，無尖角或尖棱，各部分之間采用緩和過渡的光滑線型；其二，瓶身形狀呈圓柱形；其三，瓶肩線的曲率半徑越大的瓶肩結構；其四，瓶身與瓶底平緩過渡的構型較好。另外，瓶罐口部的加強環要盡量小，或取消加強環；小口瓶的瓶頸不要細而長。

3、采用自動化配料。配料的制備工作是實現輕量化生產的第一步，配方、原料成分、粒度、配合料均勻度、碎玻璃的質量等指標的穩定性對產品質量有較大的影響，要滿足以上要求人工配料是很難達到的。自動化配料車間采用計算機控制可確保配合料的質量。

4、采用高效的玻璃窯爐。窯爐是配合料經加熱熔化成玻璃的地方，玻璃液的質量將直接關系到輕量瓶的生產。在此需強調的是窯爐運行工藝指標的穩定性至關重要，尤其是熔化溫度、液面、窯壓要穩定，波動要小。窯爐最好實行全保溫、鼓泡、電助熔、窯坎等技術，熱工參數使用微機控制等一系列措施。

5、 采用合理的成型工藝與設備。有效的成型工藝是獲得預期成型效果和均勻壁厚的保證，玻璃制品的成型和定型是連續進行的。成型過程中，需要控制玻璃的粘度、溫度，以及通過模具向周圍介質的熱傳遞。通常一般用玻璃的3個特征溫度值來控制成型操作，即軟化溫度、退火溫度和應變點。不同產品，必須通過試驗確定合理的參數。采用先進的制瓶機、供料道（機）及料道加熱系統，配合先進的成型工藝是獲得均勻壁厚，實現輕量化的根本保證，如小口壓吹技術。