(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エチレンと水素とを含む可燃性ガスの製造方法であって、
内壁面が鉄合金からなる容器を準備する工程と、
前記容器内に酸素を含むガスを導入する工程と、
酸素を含むガスが導入された前記容器内を減圧する工程と、
減圧された前記容器内にエチレンガスおよび水素ガスを充填する工程とを備える、可燃性ガスの製造方法。
【請求項２】
前記酸素を含むガスは空気である、請求項１に記載の可燃性ガスの製造方法。
【請求項３】
前記容器内に酸素を含むガスを導入する工程では、前記容器内が大気に連通することにより、前記容器内に空気が導入される、請求項２に記載の可燃性ガスの製造方法。
【請求項４】
前記容器内に酸素を含むガスを導入する工程よりも前に、前記容器内を減圧する工程をさらに備える、請求項１に記載の可燃性ガスの製造方法。
【請求項５】
前記可燃性ガスは、エチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる、請求項１に記載の可燃性ガスの製造方法。
【請求項６】
前記可燃性ガスのエチレン含有量は１８体積％以上４５体積％以下である、請求項５に記載の可燃性ガスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可燃性ガスの製造方法に関し、より特定的には、エチレンと水素とを含む可燃性ガスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アセチレン（Ｃ２Ｈ２）は、ガス溶断、ガス溶接、ロウ付けなどにおいて燃焼ガスとして広く用いられている。アセチレンは、燃焼速度や燃焼強度において優れており、燃焼ガスとして好適である。【０００３】
しかし、アセチレンは圧縮ガスの状態で貯蔵、運搬等を行なうと分解爆発のおそれがある。そのため、アセチレンはアセトン、ジメチルホルムアミドなどの溶媒に溶解された溶解ガスの状態で貯蔵、運搬される。その結果、アセチレンは集合容器や大型容器による大量輸送に不向きであるなどの問題点を有している。【０００４】
これに対し、３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスが、ガス溶断に適したアセチレン代替ガスとして提案されている（たとえば、特許第４８４８０６０号公報（特許文献１）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４８４８０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、上述のようなエチレンと水素とを含む可燃性ガスをボンベなどの容器に充填して運搬し、使用した場合、エチレンの一部がエタン化し、所望の特性が得られないおそれがある。【０００７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、エチレンと水素とを含む可燃性ガスにおけるエチレンのエタン化を抑制することが可能な可燃性ガスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従った可燃性ガスの製造方法は、エチレンと水素とを含む可燃性ガスの製造方法である。この可燃性ガスの製造方法は、内壁面が鉄合金からなる容器を準備する工程と、当該容器内に酸素を含むガスを導入する工程と、酸素を含むガスが導入された容器内を減圧する工程と、減圧された容器内にエチレンガスおよび水素ガスを充填する工程とを備える。【０００９】
本発明者らは、ボンベなどの容器に充填された上記可燃性ガスにおけるエチレンのエタン化の原因およびその抑制方法について検討を行った。その結果、以下のような知見が得られ、本発明に想到した。【００１０】
一般に、上記可燃性ガスがボンベなどの容器に充填される場合、容器の材質としては、鋼（たとえば、炭素鋼、マンガン鋼、クロムモリブデン鋼など）などの鉄合金が採用される。そのため、容器に充填された上記可燃性ガスは容器の内壁を構成する鉄合金に接触する。このとき、鉄合金が触媒として機能し、以下の式（１）の反応が進行してエチレン（Ｃ２Ｈ４）と水素（Ｈ２）とが反応し、エチレンがエタン（Ｃ２Ｈ６）に変化するものと考えられる。【００１１】
Ｃ２Ｈ４＋Ｈ２→Ｃ２Ｈ６・・・（１）
これに対し、エチレンガスおよび水素ガスの充填前に、容器内に酸素を導入することにより、上記エチレンのエタン化が効果的に抑制されることが明らかとなった。これは、容器内に導入された酸素が、容器の内壁を構成する鉄合金を不活性化し、鉄合金の触媒としての機能を低下させるためであると考えられる。本発明の可燃性ガスの製造方法では、内壁面が鉄合金からなる容器にエチレンガスおよび水素ガスが充填される前に、容器内に酸素を含むガスを導入する工程が実施される。その結果、内壁面を構成する鉄合金の触媒としての機能を低下させ、エチレンのエタン化を抑制することができる。このように、本発明の可燃性ガスの製造方法によれば、エチレンと水素とを含む可燃性ガスにおけるエチレンのエタン化を抑制することが可能な可燃性ガスの製造方法を提供する【００１２】
上記可燃性ガスの製造方法においては、上記酸素を含むガスは空気であってもよい。これにより、上記本発明の可燃性ガスの製造方法を低コストで実施することができる。【００１３】
上記可燃性ガスの製造方法においては、上記容器内に酸素を含むガスを導入する工程では、容器内が大気に連通することにより、容器内に空気が導入されてもよい。これにより、上記本発明の可燃性ガスの製造方法を一層低コストで実施することができる。【００１４】
上記可燃性ガスの製造方法においては、上記容器内に酸素を含むガスを導入する工程よりも前に、容器内を減圧する工程をさらに備えていてもよい。【００１５】
容器内には、水素などのガスが残存している場合がある。そのため、酸素を含むガスを導入する工程よりも前に容器内を減圧する工程を実施しておくことにより、水素などのガスの爆発等を回避することができる。【００１６】
上記可燃性ガスの製造方法においては、上記可燃性ガスは、エチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなるものであってもよい。【００１７】
また、上記可燃性ガスの製造方法においては、上記可燃性ガスのエチレン含有量は１８体積％以上４５体積％以下であってもよい。【００１８】
エチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスは、アセチレンの代替ガスとして有望である。特に、エチレン含有量が３８体積％以上４５体積％以下のガスはガス溶断に適しており、エチレン含有量が１８体積％以上４０体積％未満（好ましくは２５体積％以上３８体積％未満）のガスはロウ付けなどの集中加熱を必要とする作業に適している。上記本発明の可燃性ガスの製造方法は、このような水素−エチレン混合ガスの製造に好適である。
【発明の効果】
【００１９】
以上の説明から明らかなように、本発明の可燃性ガスの製造方法によれば、エチレンと水素とを含む可燃性ガスにおけるエチレンのエタン化を抑制することが可能な可燃性ガスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】可燃性ガスの製造設備の一例を示す概略図である。
【図２】可燃性ガスの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】エタン化率の経時変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。エチレンと水素とを含む可燃性ガスは、たとえば以下のように製造することができる。本発明の可燃性ガスの製造方法によれば、エチレンと水素とを含む種々の可燃性ガスを製造することができるが、本実施の形態では、その一例として、１８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスが製造される。まず図１を参照して、可燃性ガスの製造設備について説明する。
【００２２】
図１を参照して、本実施の形態においては、可燃性ガスはエチレンガスおよび水素ガスが所望の混合比で容器１０に充填されることにより製造される。容器１０は、可燃性ガスを保持する本体部１１と、本体部１１に設置された容器弁１２とを備えた充填容器（ボンベ）である。容器１０は、鋼（たとえば、炭素鋼、マンガン鋼、クロムモリブデン鋼など）などの鉄合金からなっている。その結果、容器１０の内壁面は鉄合金からなっている。容器１０には、配管系２０を介して水素ガス貯蔵部４１、エチレンガス貯蔵部４２、減圧装置４４、ガス放出部４３、大気導入部４５および圧力計５１が接続されている。
【００２３】
より具体的に説明すると、容器１０には配管２１が接続されている。そして、配管２１は水素ガス貯蔵部４１に接続された配管２２に接続されている。配管２２には、水素ガス貯蔵部４１に向けてガスが流れることを防止する逆止弁３１が設置されている。また、配管２２には、逆止弁３１と水素ガス貯蔵部４１との間に弁３２が設置されている。
【００２４】
配管２１は、さらに配管２３に接続されている。そして、配管２３は、エチレンガス貯蔵部４２に接続された配管２４に接続されている。配管２４には、エチレンガス貯蔵部４２に向けてガスが流れることを防止する逆止弁３１が設置されている。また、配管２４には、逆止弁３１とエチレンガス貯蔵部４２との間に弁３３が設置されている。
【００２５】
配管２３は、さらに真空ポンプなどの減圧装置４４に接続された配管２５に接続されている。配管２５には、弁３５が設置されている。配管２３は、さらに配管２６に接続されている。そして、配管２６は圧力計５１に接続された配管２８に接続されている。この圧力計５１により、圧力計５１と連通状態にある配管系２０内の圧力を管理することができる。配管２６は、さらに配管系２０内のガスを外部に放出するガス放出部４３に接続された配管２７に接続されている。配管２７には、弁３４が設置されている。
【００２６】
また、配管２１は、配管系２０内に大気（空気）を導入する大気導入部４５に接続された配管２９に接続されている。配管２９には、弁３６が設置されている。大気導入部４５を介して、配管系２０を大気に連通させることができる。
【００２７】
次に、可燃性ガスの製造手順について図１および図２を参照して説明する。図２に示すように、本実施の形態における可燃性ガスの製造方法においては、まず工程（Ｓ１０）として残留ガス放出工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図１を参照して、内壁面が鉄合金からなる容器１０が準備され、弁３２，３３，３４，３５，３６が閉じられた状態で容器１０が配管２１に接続されて、容器弁１２が開けられる。このとき、容器１０の本体部１１内に所定圧力以上のガスが残留している場合、弁３４が開けられて当該ガスがガス放出部４３から放出される。本体部１１内のガスの圧力は、圧力計５１により把握することができる。
【００２８】
次に、工程（Ｓ２０）として第１排気工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において開けられた弁３４が閉じられたうえで弁３５が開けられ、減圧装置４４が運転されることにより本体部１１内が減圧される。そして、本体部１１内の圧力が所望の圧力まで低下したことが圧力計５１により確認されたあと、弁３５が閉じられ、減圧装置４４の運転が停止される。
【００２９】
次に、工程（Ｓ３０）として酸素導入工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、容器１０内に酸素を含むガスが導入される。酸素を含むガスは、純酸素であってもよいし、酸素と他の気体との混合ガスであってもよい。本実施の形態では、工程（Ｓ３０）において容器１０内に空気が導入される。具体的には、弁３６が開けられることにより、容器１０の内部が配管２１、配管２９および大気導入部４５を介して大気に連通する。その結果、工程（Ｓ２０）において減圧された容器１０内に空気が導入される。空気の導入は、圧力計５１により本体部１１内の圧力を把握しつつ、本体部１１内の圧力が所望の圧力となった時点で弁３６を閉じることにより完了させることができる。本実施の形態では、空気の導入は、本体部１１内の圧力が大気圧となるまで継続し、その後、弁３６を閉じることにより工程（Ｓ３０）が完了する。
【００３０】
次に、工程（Ｓ４０）として第２排気工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、弁３５が開けられ、減圧装置４４が運転されることにより本体部１１内が減圧される。そして、本体部１１内の圧力が所望の圧力まで低下したことが圧力計５１により確認されたあと、弁３５が閉じられ、減圧装置４４の運転が停止される。
【００３１】
次に、工程（Ｓ５０）として混合ガス充填工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、工程（Ｓ４０）において減圧された容器１０の本体部１１にエチレンガスおよび水素ガスが充填される。具体的には、図１を参照して、エチレンガス充填時には弁３３が開けられ、水素ガス充填時には弁３２が開けられることにより、エチレンの割合が１８体積％以上４５体積％以下となるように、エチレンガス貯蔵部４２および水素ガス貯蔵部４１から、それぞれエチレンおよび水素が容器１０の本体部１１に充填される。
【００３２】
次に、工程（Ｓ６０）として容器取り外し工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、工程（Ｓ５０）においてエチレンガスおよび水素ガスが充填された容器１０の容器弁１２が閉じられ、配管系２０から容器１０が取り外される。以上の工程により、１８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスが製造される。
【００３３】
本実施の形態における可燃性ガスの製造方法では、内壁面が鉄合金からなる容器１０に可燃性ガス（水素とエチレンとの混合ガス）が充填される工程（Ｓ５０）の前に、工程（Ｓ３０）が実施されることにより容器１０内に酸素を含むガスが導入される。その結果、容器１０の内壁面を構成する鉄合金の触媒としての機能を低下させ、充填されたエチレンのエタン化を抑制することができる。
【実施例】
【００３４】
鋼製の容器（ボンベ）内にエチレンと水素との混合ガスを充填することにより可燃性ガスを製造し、容器内におけるエチレンのエタン化の進行を経時的に確認する実験を行った。実験の手順は以下の通りである。【００３５】
まず、内容積４７Ｌの鋼製の容器（ボンベ）を準備した。次に、準備した容器に、上記実施の形態と同様の手順で４０体積％のエチレンを含有し、残部が水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスを充填した。可燃性ガス充填時の容器内の圧力は、１４．３ＭＰａとした。そして、容器内のガスの組成を経時的に調査し、充填されたエチレンのうちエタン化した割合であるエタン化率を算出した。容器内のガスの組成は、ガスクロマトグラフィーにより測定した。容器は７本準備し、このうち３本については上記実施の形態と同様の手順において第２排気工程の排気時間を１０分とした条件で可燃性ガスを充填し（実施例Ａ〜Ｃ）、他の３本については上記実施の形態と同様の手順において第２排気工程の排気時間を１５分とした条件で可燃性ガスを充填した（実施例Ｄ〜Ｆ）。また、残りの１本については、比較のため、上記実施の形態と同様の手順において酸素導入工程および第２排気工程を省略して可燃性ガスを充填した（比較例）。実験の結果を表１および図３に示す。【００３６】
【表１】
0005468716.tif 000002
表１には、実施例Ａ〜Ｆおよび比較例について、経過時間に対応するエタン化率（％）が示されている。表１において、「−」は測定が行われなかったことを示している。【００３７】
表１および図３を参照して、酸素導入工程を省略した比較例は、充填から２０日経過した時点で９％を超えるエチレンがエタン化している。これに対し、本発明の実施例Ａ〜Ｆは、エタン化が顕著に抑制されていることが分かる。具体的には、実施例のうち最もエタン化率が高い実施例Ｅでも、充填から３０日経過後のエタン化率は０．２％程度となっている。以上の実験結果から、本発明の可燃性ガスの製造方法によれば、エチレンと水素とを含む可燃性ガスにおけるエチレンのエタン化を有効に抑制できることが確認される。また、実施例Ａ〜Ｃと実施例Ｄ〜Ｆとの比較から、可燃性ガスの充填前の容器内に不純物レベルの酸素を残存させることにより、エタン化が一層抑制できる可能性があることが分かる。【００３８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の可燃性ガスの製造方法は、エチレンと水素とを含む可燃性ガスの製造に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００４０】
１０  容器、１１  本体部、１２  容器弁、２０  配管系、２１〜２９  配管、３１  逆止弁、３２〜３６  弁、４１  水素ガス貯蔵部、４２  エチレンガス貯蔵部、４３  ガス放出部、４４  減圧装置、４５  大気導入部、５１  圧力計。
【要約】
エチレンと水素とを含む可燃性ガスの製造方法は、内壁面が鉄合金からなる容器を準備する工程と、容器内に酸素を含むガスを導入する工程（Ｓ３０）と、酸素を含むガスが導入された容器内を減圧する工程（Ｓ４０）と、減圧された容器内に可燃性ガスを充填する工程（Ｓ５０）とを備える。【図１】
0005468716.tif 000003
【図２】
0005468716.tif 000004
【図３】
0005468716.tif 000005