(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量で主要量の液化石油ガス（ＬＰＧ）、及び
重量で少量の添加剤であって、１，２−エタンジオール、１，２−プロパンジオール、グリセロール、ｎ−プロピルアルコール、及びイソプロピルアルコールからなる群から選択された少なくとも一種類のアルコール成分、及びエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、及びブチルアルデヒドからなる群から選択された少なくとも一種類の第二成分から本質的になる添加剤
との混合物である強力炭化水素トーチガスであって、
該添加剤の合計量が、該ＬＰＧ基礎ガスの０．５重量％〜１３重量％である、トーチガス。
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は、切断及び（又は）溶接トーチで用いるための、添加剤又は調整剤、特に二重添加剤（double additive）を添加することにより強力にした炭化水素に関する。
〔背景技術〕
切断及び（又は）溶接用トーチで用いるガスを、添加剤又は二重添加剤をそれらに添加することにより改良する種々の試みが今まで行われてきた。これら従来法のガスは、メタンからオクタンまでの種々の炭化水素からなり、あるものはプロパン及びブタンを含んでいた。例えば、１９２５年１２月１５日に公告されたハリス（Harris）による米国特許第１，５６５，９３５号明細書では、エチルエーテル（ジエチルエーテル）〔（Ｃ2Ｈ5）2Ｏ又はＣ4Ｈ10Ｏ〕、又はメチルエーテル（ジメチルエーテル）〔（ＣＨ3）2Ｏ〕を添加することにより、メタン、エタン、プロパン、ブタン及びヘキサンからなる湿潤油井ガスを強化している。酸化エチルとも呼ばれているエチルエーテルを、プロパン、又はブタン及びプロパンを含むガスに添加することを提案している別の特許は、１９５０年７月４日に公告されたホワイト（White）による米国特許第２，５１３，７６９号明細書である。
１９５９年５月２７日に公告された英国特許第８１３，９８１号明細書〔オキシ・フェロレン社（Oxy-Ferrolene Limited）〕は、イソプロピルエーテル（ジイソプロピルエーテル）〔（ＣＨ3）2ＣＨ2Ｏ、又は（Ｃ3Ｈ7）2又はＣ6Ｈ14Ｏ〕、メチルイソプロピルエーテル、メチルプロピルエーテル〔（ＣＨ3）ＣＨ2ＣＨ2ＯＣＨ3、又はＣ4Ｈ10Ｏ〕、直鎖プロピルエーテル、エタノール〔ＣＨ3ＣＨ2ＯＨ〕及びメタノール〔ＣＨ3ＯＨ〕のような酸素含有化合物を炭化水素ガスに添加することを提案している。この英国特許も、二種類以上の化合物を配合することを示唆しているが、なんら特別な二重化合物は示唆していない。
１９４６年１１月２６日に公告されたセレイ（Seley）による米国特許第２，４１１，７５９号明細書は、二重添加剤、即ち、酸化エチル（ジエチルエーテル又はエチルエーテル）〔（Ｃ2Ｈ5）2Ｏ〕及びベンジン（ベンゼン）〔Ｃ6Ｈ6〕を使用することを示唆している。１９６０年９月６に公告されたホワイトによる米国特許第２，９５１，７５０号明細書は、第１欄２１〜２５行に、恐らくセレイの特許に記載されているように、ジメチルエーテル（メチルエーテル）〔（ＣＨ3）2Ｏ〕及びベンジン（ベンゼン）〔Ｃ6Ｈ6〕の従来法の二重添加剤をトーチガスのために言及しており、更にベンジン及びジメチルエーテルを用いる代わりに、第１欄５５〜６２行で、プロピレンオキシド（１，２−エポキシプロパン）〔Ｃ3Ｈ6Ｏ〕及びジメチルエーテル〔（ＣＨ3）2Ｏ〕の二重添加剤を使用することを提案している。
更に、１９７１年７月６日に公告されたケスラー（Kessler）による米国特許第３，５９１，３５５号明細書では、プロパン含有ガスにメタノール〔ＣＨ3ＯＨ〕を添加すること、又はメタンのような液体アルカノール、及びペンタン及びイソペンタンのようなアルカンの混合物からなるトーチガスへ二重添加剤を添加することを提案している。１９７６年１１月２日に公告されたホワイトによる米国特許第３，９８９，４７９号明細書も、メタノールを添加することを提案しており、１９４５年５月４日に公告された英国特許第５６９，１０８号明細書は、アンモニアを添加することを提案している。この英国特許も、メタンを主体にした発生炉ガス、水性ガス、モンド（Mond）ガス、及び他の市販ガス混合物中のプロパンの量を増大することを推奨している。
１９５９年１０月１３日に公告されたメドスカー（Medsker）による米国特許第２，９０８，５９９号明細書には、米国特許第２，２８１，９１０号を引用して、トーチ用の燃料中にメチルボレート及びアセトンが従来用いられていたことが述べられている。メドスカーの特許は、ガス状燃料のための添加剤として、メチルボレートとヘキサンとの混合物を提案している。１９４２年５月５日に公告されたバイアロスキー（Bialosky）その他による米国特許第２，２８１，９１０号明細書には、物品をホウ酸又は酸化ホウ素で被覆するため、アセチレン、水素、又は同様な燃焼ガスの流れに添加されるアセトン〔ＣＨ3ＣＯＣＨ3〕、又はメチルエチルケトン（１，２−ブタノン）〔ＣＨ3ＣＨ2ＣＯＣＨ3〕のようなケトン及びホウ酸メチルを含有する液体フラックスが記載されている。
１９７５年５月２８日に公告されたドイツ公開特許第２４  ５５  ７２７号公報には、各分子に５〜２０個の炭素原子を有する高級モノ−、ジ−、及びポリ−アルコールを含む炭化水素を強力にするための種々の添加剤が提案されている。第１２頁第２４行には、
「好ましいアルコールは、Ｃ5〜Ｃ8炭化水素のモノ−、ジ−、及びポリ−アルコールであり、それらにはペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ペンテノール、ヘキセノール、ヘプテノール、及びオクテノールが含まれる。」
と記載されている。
１９６７年１月１３日に公告されたベルギー特許第ＰＶ３５３９４Ａ号には、プロパン単独、又はプロピレンとの混合物のようなガス状脂肪族炭化水素燃料中へ、５種類の成分、即ち：
（ａ）基礎燃料と同じ液体状の燃料成分、
（ｂ）エチルエーテル又はハロゲノエーテル、特にクロロエーテルにすることができる燃焼活性化剤、
（ｃ）活性化剤の量とほぼ等しい量、即ち用いる燃料の重量の１％〜１２％、好ましくは５％〜１０％の量の、式ＣＨ3ＣＨ2ＣＨ（ＣＨ3）2を有する２−メチル−ブタンのような、活性化剤の蒸発を促進し、活性化剤に可溶性の高カロリー値の液体炭化水素、
（ｄ）燃料の重量の０．１％〜１％の量の液体酸化触媒で、好ましくはアルキル基が低分子量のもので、ピリジン塩基、特にアルキルピリジンの成分中から選択された酸化触媒、及び
（ｅ）テルペン系炭化水素にすることができるヒドロトロープで、好ましくはフェニルカルビノール又はカルビノールアルキルエーテルと混合され、同じく芳香族カルボン酸の脂肪族エステル、好ましくはメチルサリチレートと混合されたヒドロトロープ、
から構成された調整用液体をスプレーすることにより、均質な組成の燃料混合物を得るための方法及び装置が記載されている。
この５成分調整用液体混合物は、それを使用する時にはガス状燃料中へスプレーし、その調整用液体のいずれの成分も優先的に蒸発しないようにする。
親特許第ＰＶ３５３９４号の追加特許を構成する１９６７年６月３０日に公告されたベルギー追加特許ＢＥ−Ａ−６９７，２７４には、ガス状燃料中に噴霧する親特許の５成分調整用液体中に、別の種類の燃焼活性化剤を使用することが記載されている。
活性化剤成分について親特許に記載されているようなエチルエーテル又はハロゲノエーテルを用いる代わりに、その追加特許は、燃焼活性化剤として、炭化水素・酸素化誘導体、特に一般式Ｃn Ｈm Ｏp（式中、ｎは２〜６の整数であり、ｍは２ｎ−２〜２ｎ＋２の整数であり、ｐは１又は２に等しい）を有するエステル、ケトン、及びオレフィン酸化物の群に属する脂肪族炭化水素を用いている。記載されている特別な活性化剤は、
アセトン〔Ｃ3Ｈ6Ｏ〕
エチルメチルケトン〔Ｃ4Ｈ8Ｏ〕
メシチルオキシド（４−メチル−３−ペンテン−２−オン）
（ＣＨ3）2Ｃ＝ＣＨＣＯＣＨ3〔Ｃ6Ｈ10Ｏ〕
酢酸エチル〔Ｃ4Ｈ8Ｏ2〕
エチレンオキシド〔Ｃ2Ｈ4Ｏ〕
プロピレンオキシド〔Ｃ3Ｈ6Ｏ〕
ブチレンオキシド（１，２−エポキシブタン）〔Ｃ4Ｈ8Ｏ〕
である。
これまで用いられていた基本的トーチガスはアセチレンであり、それは比較的高価で、保存及び輸送しにくく、それと一緒に殆ど純粋の酸素を用いる必要があり、鉄金属を切断するのに用いた場合、強く粘着する残滓（Ｓｃｏｒｉａ）を形成する。
また、トーチガスのための添加剤として、これまでメチルエチルケトン（ＭＥＫ）それ自体が用いられてきた。
〔発明の開示〕
本発明の主たる目的は、炭化水素トーチガスをアセチレンの特性よりも優れた特性を持つように、特に鉄金属切断及び溶接のためのトーチガスを強力にするための簡単な添加剤を与えることである。そのような目的は、メチルエチルケトンだけの添加によって強力にされた炭化水素の特性よりも優れた特性を有する強力（fortified）炭化水素を与えることも含んでいる。
特別な目的は、高い炎温度及び強力な加熱能力を有するトーチガスを与えることである。
更に別の目的は、容易且つ経済的に保存及び輸送することができるトーチガスを与えることである。
更に別の目的は、殆ど世界中で容易に入手することができ、一層経済的に与えることができ、そしてその属性を向上させるために強化し易い基礎ガスを含むトーチガスを与えることである。
鉄金属を一層速く奇麗に切断することができるトーチガスを与えることも一つの目的である。
更に別の目的は、かなりの深さの水中で切断するためのトーチによって使用することができるガスを与えることである。
更に別の目的は、アセチレンと一緒に用いることができない混入ガスを一層大きな割合で含む酸素と有効に一緒にすることができるため、一層経済的にトーチ切断に用いることができるガスを与えることである。
上記目的は、メチルエチルケトン、各分子内に２〜４個の炭素原子を有する低級ポリオキシ炭化水素（pluraloxyhydrocarbon）、即ち、ジオキシ−及びトリオキシ−炭化水素、又はそのようなポリオキシ炭化水素及び（又は）各分子中に３〜４個の炭素原子を有する選択された低級モノオキシ炭化水素からの添加剤の組合せで強化した液化石油ガスを用いることにより達成することができる。
〔最良の態様についての記述〕
液化石油ガスＬＰＧは、そのブタン及びプロパン含有量が高いため、本発明の強力トーチガスの基礎ガスとして好ましいものである。ブタンの異性体であるｎ−ブタン及びイソブタンの両方共、通常ＬＰＧ内に存在しているが、ブタン誘導体工業からの需要のため、燃料として販売されているＬＰＧからかなりの量のブタンが除去されており、その場合にはＬＰＧは殆どプロパンからなる。しかし、５％〜４０％位の妥当な割合のブタンがＬＰＧ内に存在しているのが望ましい。
別法として、基礎ガスは、プロパン又はブタン単独、又はそれらのガス又はプロパン又は他のガス状炭化水素のどのような混合物にすることもできる。
基礎ガスを強化するのに用いられる添加剤又は調整剤は、式ＣＨ3ＣＯＣＨ2ＣＨ3を有する、２−ブタノンとしても知られているメチルエチルケトン（ＭＥＫ）と、低級ポリオキシ炭化水素との単なる混合物でもよい。ＭＥＫは７０．６℃の沸点及び２０℃で０．８０５の比重を有する液体である。
ＬＰＧは液体状態で保持するためには加圧下で保存しなければならないが、ＬＰＧのための比較的高圧の貯蔵タンク及び取扱い装置が商業的に使われており、慣例になっている。
強化せずにＬＰＧを酸素と混合しても、トーチ切断及び溶接には余り有効ではなく、実質的に純粋な酸素と混合したアセチレンガス程には有効ではないが、基礎ＬＰＧに効果的な添加剤で強化することにより、炎の温度はかなり上昇し、加熱能力が著しく改善される。
添加剤の使用量は、基礎ガスの特性をどの程度改良したいかに依存するが、添加剤の合計重量は基礎ガスの０．５％〜１３％、好ましくは３％〜７％、であろう。ＭＥＫと低級ポリオキシ炭化水素との組合せを用いる場合、好ましくは３％〜５％のＭＥＫ及び２％〜３％の低級ポリオキシ炭化水素が、添加剤として適切である。
添加剤とＬＰＧとを一緒にする手順は簡単である。強化用液体を、液体状の炭化水素と単に混合する。常温で液体である添加剤を、液化圧力下のＬＰＧが保存又は輸送される貯蔵タンクに供給する。添加剤を標準５５ガロンドラムへ供給するのが非常に実際的である。
基礎ガスの約６重量％より多くの添加剤を供給する場合には、そのような添加剤は、触媒、好ましくは粉末、顆粒、又はペレット状の活性炭と一緒に供給し、均一な混合を確実に与えるようにするのがよい。活性炭は無定形であり、好ましくは石炭又は石油コークスから製造されたものである。用いることができる別の触媒は、適当な担体に担持した白金、酸化第二銅、及び粒状銀である。
活性炭の使用量は特に限定する必要はないが、それを加圧下の容器中へ供給した時、炭化水素基礎ガスと添加剤との混合を促進するように、貯蔵容器の底に入れるべきである。そのような触媒の量は、添加剤の重量の１％〜５％で充分であろう。基礎ガスと添加剤又は調整剤との得られた液体混合物は常温で共沸混合物であり、従って、強化液体混合物から蒸発した強力なトーチガスは、他の炭化水素ガスを添加したり又は他の炭化水素ガスへ供給したりしなくても、貯蔵容器から放出されてトーチへ行く時均一になっている。
効果的な切断炎を与えるために、アセチレントーチへ、実質的に純粋な形、例えば、少なくとも９９体積％の酸素の形で酸素を供給することが必要である。本発明の強力基礎ガスと、約９５％の純度の酸素で、不純物が窒素、二酸化炭素、及び他の空気ガス成分であるような純度の低い酸素と混合しても、満足できる切断温度を与えることができる。９０％位の低い純度の酸素を用いた場合でも、約２，７６０℃（５，０００°Ｆ）の基礎ＬＰＧの炎温度を、本発明による添加剤で強化した基礎ＬＰＧを使用することにより、約３２０４．４４℃（５，８００°Ｆ）〜３３１５．５６℃（６，０００°Ｆ）まで上昇させることができる。そのような不純酸素は、空気を約４，０００ｐｓｉに加圧し、それを空気液化温度、−２１７．７８℃（−３６０°Ｆ）へ急冷し、次にその液化空気の温度を、−１９５．５６℃（−３２０°Ｆ）で蒸発する液化空気の窒素成分を放出するように容器を通気し、液体状の酸素を残しながら、徐々に上昇させることにより経済的に製造することができる。
不純酸素を製造するための別の方法では、空気の窒素をゼオライトによって除去し、９０％〜９５％の純度の酸素を与える。
鉄金属切断のために、アセチレンよりも本発明の強力基礎ガスを用いることの利点は、奇麗で正確な切口が得られることである。酸素アセチレンによる切断は、その加工物に粘着した堅い残滓を生じ、それは必要な加熱を上昇し、通常後で加工物を削らなければならない。本発明の強力トーチガスを用いることにより、柔らかく脆い残滓を生じ、それは加工物から剥離され、切断が進むに連れて切口から取れ、狭い奇麗な切口を生じ、その切口の両側に沿って新しい金属が露出する。
本発明の強力トーチガスを有する特別な利点は、それを３００フィートの深さまで水中で切断する炎に用いることができることである。水中での酸素アセチレントーチの使用は、６．１ｍ（２０ｆｔ）までに限定されている。なぜなら、それより深いと、切断トーチに送ることができるようにガスに加える必要がある圧力では、アセチレンは爆発することがあるからある。従って、炭化水素ガスへの添加剤としてＭＥＫを使用する前は、約２０ｆｔより深い水中で切断するために利用できる唯一の方法は、炭素アークを用いることであり、その作用は遅く、その使用は危険であった。
ＭＥＫを使用することは金属の切断を促進するのに有利であったが、ｔ−ブチルアルコール（ＴＢＡ）を添加することにより強化したＭＥＫを使用することにより、切断速度を５％〜１０％増大し、ＭＥＫとメチルテトラブチルエーテル（ＭＴＢＥ）とを併用することにより、添加剤としてＭＥＫを単独で使用した場合よりも２０％〜２５％切断速度を増大し、ＭＥＫがＴＢＡで強化された場合の切断速度よりも約１５％速くなる。低級ポリオキシ炭化水素と一緒にＭＥＫを用いるのが好ましい。
はんだ付け、ろう付け、又は軽金属切断のためにＬＰＧのような炭化水素ガスを用いることは、本発明の添加剤をそのガスと混合するならば、一層効果的なものにすることができる。そのような場合、厚い金属を切断又は溶接するためのトーチガスの場合よりも、少ない添加剤を用いるのが好ましい。はんだ付け、ろう付け、又は軽金属切断のためには、２重量％〜５重量％の範囲内の量の添加剤が適切であり、そのような量は、触媒を使用せずに炭化水素ガスと充分よく混合することができる。
上に記述したＭＥＫと低級ポリオキシ炭化水素との組合せを使用することに代わるものとして、本発明の添加剤は、簡単な単一の低級ポリオキシ炭化水素、即ち、分子中に２〜４個の炭素原子を有するジオキシ−又はトリオキシ−炭化水素でもよく、それはアルコール、エーテル、又はアセテートでもよい。そのようなポリオキシ炭化水素の特別の例を下の表に示す。
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トーチガスの燃焼を向上させるため種々のモノオキシ炭化水素を単独で用いた場合の効果は種々変化し、予想することはできない。次の低級モノオキシ炭化水素は、組合せて用いるか、強化用添加剤としてポリオキシ炭化水素と組合せ、他の添加剤成分を用いなくても妥当な利点を有する。そのようなモノオキシ炭化水素は、分子中に３又は４個の炭素原子を有する。
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上に列挙したモノオキシ炭化水素の一種類だけでは、切断又は溶接に用いられるアセチレンに充分匹敵ほどにＬＰＧ、ブタン、又はプロパンガスを個々に強化することはできないが、上に特に示したモノオキシ炭化水素及びジオキシ炭化水素及びトリオキシ炭化水素から選択した二種類又は三種類の添加物を併用すると、そのような化学物質のいずれか一種類を単独で用いた場合よりも大きな強化を与える。
添加剤として単一のポリオキシ炭化水素を用いることは実用的であるが、ポリオキシ炭化水素を互いに組合せるか、又は適当な種類のモノオキシ炭化水素と一緒にすることにより、添加剤に他の成分を用いなくても一層よい結果が得られる。
例えば、１，２−エタンジオール又はエチレングリコールモノメチルエーテルを基礎ガスの３重量％用いて強化したＬＰＧは、アセチレンを用いた場合と同様に迅速に鋼の完全な切断を行うことができるが、基礎ガスを、そのような添加物の各々を３重量％用いて強化した切断操作は、アセチレンを用いて得られる場合よりも一層速い速度で優れた切断を行うことができる。
同様に、基礎ガスの３重量％の１，２−エタンジオール及び基礎ガスの２重量％のメチルエチルケトンを添加剤として用いることにより、同様に良好で殆ど同様に速い切断を行うことができる。基礎ガスの３重量％のエチレングリコールモノメチルエーテル及びｎ−プロピルアルコールを用いることにより、匹敵する結果を得ることができる。
上で特定化した二種類のオキシ炭化水素の各々の２％又は３％を組合せて用いることについて言及してきたが、上に特定化したオキシ炭化水素の３種類を夫々基礎ガスの２重量％ずつ組合せたものを用いることにより良好な強化を達成することもできる。