(57)【要約】  【課題】  一酸化炭素濃度の高い浸炭ガスを得る方法及びその装置を提供するとともに、装置系で発生した二酸化炭素を再利用でき、自然界に放出する二酸化炭素を少なくできる高一酸化炭素濃度の浸炭ガスの製造方法及びその装置を提供する。  【解決手段】  二酸化炭素吸収後の二酸化炭素吸収材に、浸炭ガス生成装置からの浸炭ガスを流通させることで、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出する再生反応と、二酸化炭素と水素から一酸化炭素と水とを生成する逆シフト反応とにより一酸化炭素濃度の高い浸炭ガスを生成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応管に二酸化炭素吸収材を充填し、この反応管に浸炭ガス生成装置で生成した一酸化炭素と水素とを含む浸炭ガスを流通させ、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させ、二酸化炭素吸収材から放出された二酸化炭素と浸炭ガスの反応により、一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成することを特徴とする高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造方法。
【請求項２】
前記高一酸化炭素濃度浸炭ガスを浸炭炉に流通させ浸炭処理を行うときに発生するオフガスを燃焼させ、その燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を他の反応管に充填した二酸化炭素吸収材で吸収することを特徴とする請求項１に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造方法。
【請求項３】
前記オフガスの燃焼を前記高一酸化炭素濃度浸炭ガスを製造する際の温度保持に利用することを特徴とする請求項１または２に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造方法。
【請求項４】
浸炭ガス生成装置において、浸炭ガス生成の際に発生した二酸化炭素を前記他の反応管に充填した二酸化炭素吸収材で吸収することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造方法。
【請求項５】
反応管に炭化水素化合物から浸炭ガスを生成するための触媒と、二酸化炭素吸収材とを充填し、この反応管に炭化水素化合物と酸素とを含む浸炭ガス生成用原料ガスを流通させることで浸炭ガスを生成し、さらに、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させ、二酸化炭素吸収材から放出された二酸化炭素と浸炭ガスとの反応により、一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成することを特徴とする高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造方法。
【請求項６】
前記高一酸化炭素濃度浸炭ガスを浸炭炉に流通させ浸炭処理を行うときに発生するオフガスを燃焼させ、その燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を他の反応管に充填した二酸化炭素吸収材で吸収することを特徴とする請求項５に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造方法。
【請求項７】
前記オフガスの燃焼を前記高一酸化炭素濃度浸炭ガスを製造する際の温度保持に利用することを特徴とする請求項５または６に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造方法。
【請求項８】
前記浸炭ガス、または浸炭ガス生成用原料ガスを前記反応管に流通する際に、反応管の温度を９００℃〜１１００℃に保持することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造方法。
【請求項９】
前記二酸化炭素吸収材が、二酸化炭素の吸収を９００℃〜１１００℃の温度で行うことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造方法。
【請求項１０】
前記二酸化炭素吸収材が、アルカリ土類金属の酸化物もしくはアルカリ土類金属酸化物を含有する複合酸化物であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造方法。
【請求項１１】
前記二酸化炭素吸収材が、Ｂａ２ＴｉＯ４系複合酸化物を主たる成分とするものであることを特徴とする請求項１０に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造方法。
【請求項１２】
前記二酸化炭素吸収材、または前記二酸化炭素吸収材と触媒との混合物を流動させながら反応させることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造方法。
【請求項１３】
二酸化炭素吸収材を充填した反応管を具備した高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置であって、
前記反応管に浸炭ガス生成装置を連結して設置し、
前記反応管に浸炭ガス生成装置で生成した一酸化炭素と水素を含む浸炭ガスを流通させ、
二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させるとともに、二酸化炭素吸収材から放出された二酸化炭素と浸炭ガスの反応により、一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成するように構成したことを特徴とする高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置。
【請求項１４】
二酸化炭素吸収材を充填した少なくとも２本の反応管を具備した高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置であって、
少なくとも１本の反応管では、浸炭ガス生成装置と浸炭炉の間に連結して設置し、前記浸炭ガス生成装置で生成した浸炭ガスを流通させ、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させるとともに、二酸化炭素吸収材から放出された二酸化炭素と浸炭ガスの反応により、一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成し、
また、他の少なくとも１本の反応管では、浸炭炉のオフガスを燃焼させた際に発生する二酸化炭素を二酸化炭素吸収材で吸収させ、
この反応を少なくとも２本の反応管に連結された導入路を切替えることで、交互に行わせることを特徴とする請求項１３に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置。
【請求項１５】
前記オフガスの燃焼を前記高一酸化炭素濃度浸炭ガスを製造する際の温度保持に利用することを特徴とする請求項１３または１４に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置。
【請求項１６】
浸炭ガス生成装置において、浸炭ガス生成の際に発生した二酸化炭素を前記他の少なくとも１本の反応管に充填した二酸化炭素吸収材で吸収することを特徴とする請求項１３から１５のいずれか１項に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置。
【請求項１７】
炭化水素化合物から浸炭ガスを生成するための触媒と、二酸化炭素吸収材とを充填した反応管に、炭化水素化合物と酸素を含む浸炭ガス生成用原料ガスを流通させることで浸炭ガスを生成し、さらに、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させるとともに、二酸化炭素吸収材から放出された二酸化炭素と浸炭ガスとの反応により、一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成するように構成したことを特徴とする高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置。
【請求項１８】
炭化水素化合物から浸炭ガスを生成するための触媒と、二酸化炭素吸収材とを充填した少なくとも２本の反応管を具備した高一酸化炭素濃度浸炭ガス製造装置であって、
少なくとも１本の反応管は、浸炭炉を連結して設置し、
炭化水素化合物と酸素とを含む浸炭ガス生成用原料ガスを流通させることで浸炭ガスを生成し、さらに、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させるとともに、二酸化炭素吸収材から放出された二酸化炭素と浸炭ガスとの反応により、一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成し、
また、他の少なくとも１本の反応管には、浸炭炉のオフガスを燃焼させた燃焼ガスを流通し、前記燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸収材に吸収させ、
この反応を少なくとも２本の反応管に連結された導入路を切り替えることで、交互に行わせることを特徴とする請求項１７に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置。
【請求項１９】
前記オフガスの燃焼を前記高一酸化炭素濃度浸炭ガスを製造する際の温度保持に利用することを特徴とする請求項１７または１８に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置。
【請求項２０】
前記浸炭ガス、または前記浸炭ガス生成用原料ガスを前記反応管に流通させる際に、反応管の温度を９００℃〜１１００℃に保持するように構成したことを特徴とする請求項１３から１９のいずれか１項に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置。
【請求項２１】
前記二酸化炭素吸収材による二酸化炭素の吸収を９００℃〜１１００℃の温度で行うようにしたことを特徴とする請求項１３から２０のいずれか１項に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置。
【請求項２２】
前記二酸化炭素吸収材が、アルカリ土類金属の酸化物もしくはアルカリ土類金属酸化物を含有する複合酸化物であることを特徴とする請求項１３から２１のいずれか１項に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置。
【請求項２３】
前記二酸化炭素吸収材が、Ｂａ２ＴｉＯ４系複合酸化物を主たる成分とするものであることを特徴とする請求項２２に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置。
【請求項２４】
前記二酸化炭素吸収材、または二酸化炭素吸収材と触媒の混合物を流動装置で流動させながら反応を促進させることを特徴とする請求項１３から２３のいずれか１項に記載の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸炭ガスの製造方法及びその製造装置に関し、特に、一酸化炭素濃度の高い浸炭ガスを製造する方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
そして、このような浸炭処理に使用される浸炭ガスを発生させる方法として、メタンなどの炭化水素化合物と空気の混合ガスである原料ガスを高温に保持されたニッケル触媒層を有する浸炭ガス生成装置に流通させて、空気に含まれる酸素と炭化水素を触媒反応させることで、一酸化炭素と水素を含む浸炭ガスを生成する方法が広く行われてきた。この場合、浸炭に使用する浸炭ガスは、通常ＲＸガスと呼ばれ、例えば、メタンを原料に用いた場合は、一酸化炭素：水素：窒素の割合は、体積比で約２０：４０：４０の割合となる。
一方、近年、一酸化炭素濃度の高い浸炭ガスが浸炭に関しては有効であることから、一酸化炭素濃度の高い浸炭ガスを効率よく生成する方法が求められている。
【０００３】
このため、例えば特許文献１では、原料ガスとして炭化水素化合物と二酸化炭素、酸素、等の混合ガスを使用した一酸化炭素濃度の高い浸炭ガスの生成方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−３４２７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に示されているような一酸化炭素濃度の高い浸炭ガスの生成方法では、高一酸化炭素濃度の浸炭ガスは得られるものの、原料ガスに二酸化炭素を供給するための二酸化炭素供給装置が別に必要であったり、また、浸炭ガスを生成するための温度を燃料ガス等を燃焼させて保持するような場合には、発生した二酸化炭素は自然界に放出するしかなく、再利用できないなどの問題があると考えられる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するものであり、一酸化炭素濃度の高い浸炭ガスを得る方法及びその装置を提供するとともに、装置系で発生した二酸化炭素を再利用でき、自然界に放出する二酸化炭素を少なくできる高一酸化炭素濃度の浸炭ガスの製造方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、反応管に二酸化炭素吸収材を充填し、この反応管に浸炭ガス生成装置で生成した一酸化炭素と水素とを含む浸炭ガスを流通させ、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させ、二酸化炭素吸収材から放出された二酸化炭素と浸炭ガスの反応により、一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成することを特徴としている。
【０００７】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載した発明において、前記高一酸化炭素濃度浸炭ガスを浸炭炉に流通させ浸炭処理を行うときに発生するオフガスを燃焼させ、その燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を他の反応管に充填した二酸化炭素吸収材で吸収することを特徴としている。
【０００８】
請求項３に記載の本発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記オフガスの燃焼を前記高一酸化炭素濃度浸炭ガスを製造する際の温度保持に利用することを特徴としている。
【０００９】
請求項４に記載の本発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、浸炭ガス生成装置において、浸炭ガス生成の際に発生した二酸化炭素を前記他の反応管に充填した二酸化炭素吸収材で吸収することを特徴としている。
【００１０】
請求項５に記載の本発明は、反応管に炭化水素化合物から浸炭ガスを生成するための触媒と、二酸化炭素吸収材とを充填し、この反応管に炭化水素化合物と酸素とを含む浸炭ガス生成用原料ガスを流通させることで浸炭ガスを生成し、さらに、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させ、二酸化炭素吸収材から放出された二酸化炭素と浸炭ガスとの反応により、一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成することを特徴としている。
【００１１】
請求項６に記載の本発明は、請求項５に記載した発明において、前記高一酸化炭素濃度浸炭ガスを浸炭炉に流通させ浸炭処理を行うときに発生するオフガスを燃焼させ、その燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を他の反応管に充填した二酸化炭素吸収材で吸収することを特徴としている。
【００１２】
請求項７に記載の本発明は、請求項５または６に記載した発明において、前記オフガスの燃焼を前記高一酸化炭素濃度浸炭ガスを製造する際の温度保持に利用することを特徴としている。
【００１３】
請求項８に記載した本発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載した発明において、前記浸炭ガス、または浸炭ガス生成用原料ガスを前記反応管に流通する際に、反応管の温度を９００℃〜１１００℃に保持することを特徴とし、請求項９に記載した本発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載した発明において、前記二酸化炭素吸収材が、二酸化炭素の吸収を９００℃〜１１００℃の温度で行うことを特徴としている。
【００１４】
請求項１０に記載した本発明は、請求項１から９のいずれか１項に記載した発明において、前記二酸化炭素吸収材が、アルカリ土類金属の酸化物もしくはアルカリ土類金属酸化物を含有する複合酸化物であることを特徴とし、請求項１１に記載した本発明は、請求項１０に記載した発明において、前記二酸化炭素吸収材が、Ｂａ２ＴｉＯ４系複合酸化物を主たる成分とするものであることを特徴としている。
【００１５】
請求項１２に記載した本発明は、請求項１から１１のいずれか１項に記載した発明において、前記二酸化炭素吸収材、または前記二酸化炭素吸収材と触媒との混合物を流動させながら反応させることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項１３に記載の本発明は、二酸化炭素吸収材を充填した反応管を具備した高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置であって、前記反応管に浸炭ガス生成装置を連結して設置し、前記反応管に浸炭ガス生成装置で生成した一酸化炭素と水素を含む浸炭ガスを流通させ、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させるとともに、二酸化炭素吸収材から放出された二酸化炭素と浸炭ガスの反応により、一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成するように構成したことを特徴としている。
【００１７】
請求項１４に記載した本発明は、請求項１３に記載した発明において、二酸化炭素吸収材を充填した少なくとも２本の反応管を具備した高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置であって、少なくとも１本の反応管では、浸炭ガス生成装置と浸炭炉の間に連結して設置し、前記浸炭ガス生成装置で生成した浸炭ガスを流通させ、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させるとともに、二酸化炭素吸収材から放出された二酸化炭素と浸炭ガスの反応により、一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成し、また、他の少なくとも１本の反応管では、浸炭炉のオフガスを燃焼させた際に発生する二酸化炭素を二酸化炭素吸収材で吸収させ、この反応を少なくとも２本の反応管に連結された導入路を切替えることで、交互に行わせるように構成したことを特徴としている。
【００１８】
請求項１５に記載した本発明は、請求項１３または１４に記載した発明において、前記オフガスの燃焼を前記高一酸化炭素濃度浸炭ガスを製造する際の温度保持に利用するように構成したことを特徴としている。
【００１９】
請求項１６に記載した本発明は、請求項１３から１５のいずれか１項に記載した発明において、浸炭ガス生成装置において、浸炭ガス生成の際に発生した二酸化炭素を前記他の少なくとも１本の反応管に充填した二酸化炭素吸収材で吸収することを特徴としている。
【００２０】
請求項１７に記載した本発明は、炭化水素化合物から浸炭ガスを生成するための触媒と、二酸化炭素吸収材とを充填した反応管に、炭化水素化合物と酸素を含む浸炭ガス生成用原料ガスを流通させることで浸炭ガスを生成し、さらに、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させるとともに、二酸化炭素吸収材から放出された二酸化炭素と浸炭ガスとの反応により、一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成するように構成したことを特徴としている。
【００２１】
請求項１８に記載した本発明は、請求項１７に記載した発明において、炭化水素化合物から浸炭ガスを生成するための触媒と、二酸化炭素吸収材とを充填した少なくとも２本の反応管を具備した高一酸化炭素濃度浸炭ガス製造装置であって、少なくとも１本の反応管は、浸炭炉を連結して設置し、炭化水素化合物と酸素とを含む浸炭ガス生成用原料ガスを流通させることで浸炭ガスを生成し、さらに、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させるとともに、二酸化炭素吸収材から放出された二酸化炭素と浸炭ガスとの反応により、一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成し、また、他の少なくとも１本の反応管には、浸炭炉のオフガスを燃焼させた燃焼ガスを流通し、前記燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸収材に吸収させ、この反応を少なくとも２本の反応管に連結された導入路を切り替えることで、交互に行わせることを特徴としている。
【００２２】
請求項１９に記載した本発明は、請求項１７または１８に記載した発明において、前記オフガスの燃焼を前記高一酸化炭素濃度浸炭ガスを製造する際の温度保持に利用することを特徴としている。
【００２３】
請求項２０に記載した本発明は、請求項１３から１９のいずれか１項に記載した発明において、前記浸炭ガス、または前記浸炭ガス生成用原料ガスを前記反応管に流通させる際に、反応管の温度を９００℃〜１１００℃に保持するように構成したことを特徴とし、請求項２１に記載した本発明は、請求項１３から２０のいずれか１項に記載した発明において、前記二酸化炭素吸収材による二酸化炭素の吸収を９００℃〜１１００℃の温度で行うようにしたことを特徴としている。
【００２４】
請求項２２に記載した本発明は、請求項１３から２１のいずれか１項に記載した発明において、前記二酸化炭素吸収材が、アルカリ土類金属の酸化物もしくはアルカリ土類金属酸化物を含有する複合酸化物であることを特徴とし、請求項２３に記載した本発明は、請求項２２に記載した発明において、前記二酸化炭素吸収材が、Ｂａ２ＴｉＯ４系複合酸化物を主たる成分とするものを用いることを特徴としている。
【００２５】
請求項２４に記載した本発明は、請求項１３から２３のいずれか１項に記載した発明において、前記二酸化炭素吸収材、または二酸化炭素吸収材と触媒の混合物を流動装置で流動させながら反応を促進させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１に記載の本発明では、反応管に二酸化炭素吸収材を充填し、この反応管に浸炭ガス生成装置で生成した一酸化炭素と水素とを含む浸炭ガスを流通させ、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させ、二酸化炭素吸収材から放出された二酸化炭素と浸炭ガスを反応させるようにしたので、一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成することができる。
【００２７】
すなわち、反応管の内部では、二酸化炭素吸収材が二酸化炭素を放出(二酸化炭素吸収材の再生)するとともに、下記式(１)で表される逆シフト反応が起こり、一酸化炭素が生成されるので、一酸化炭素濃度を高めることができる。
ＣＯ2  ＋ Ｈ2 →    ＣＯ ＋  Ｈ2Ｏ        (１)
また、浸炭ガス生成装置としては、メタンなどの炭化水素化合物と空気の混合ガスからなる原料ガスを高温に保持された触媒層を流通させることで、一酸化炭素と水素を含む浸炭ガスを生成するような通常の浸炭ガス生成装置を用いることができる。
【００２８】
請求項２に記載の本発明では、請求項１に記載の発明の構成において、前記高一酸化炭素濃度浸炭ガスを浸炭炉に流通させ浸炭処理を行うときに発生するオフガスを燃焼させ、その燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を他の反応管に充填した二酸化炭素吸収材で吸収させるようにしたので、発生する二酸化炭素を高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成するための原料として再利用することができる。
【００２９】
請求項３に記載の本発明では、請求項１または２に記載の発明の構成において、前記オフガスの燃焼を前記高一酸化炭素濃度浸炭ガスを製造する際の温度保持に利用するようにしたので、エネルギーの省力が可能となる。
【００３０】
請求項４に記載の本発明では、請求項１から３のいずれか１項の発明において、浸炭ガス生成装置において、浸炭ガス生成の際に発生した二酸化炭素を前記他の反応管に充填した二酸化炭素吸収材で吸収するようにしたので、さらに二酸化炭素の再利用が可能になる。
【００３１】
請求項５に記載の本発明では、反応管に炭化水素化合物から浸炭ガスを生成するための触媒と、二酸化炭素吸収材とを充填し、この反応管に炭化水素化合物と酸素とを含む浸炭ガス生成用原料ガスを流通させることで浸炭ガスを生成し、さらに、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させ、二酸化炭素吸収材から放出された二酸化炭素と浸炭ガスとの反応により、一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成するようにしたので、一酸化炭素濃度の高い浸炭ガスを生成することができる。
【００３２】
また、反応管に炭化水素化合物から浸炭ガスを生成するための触媒を有しているので、反応管内部で浸炭ガスを生成することができ、外部に別に浸炭ガス生成装置を設置する必要がない。
さらにまた、炭化水素化合物から浸炭ガスを生成するための触媒としては、メタンなどの炭化水素化合物と空気の混合ガスからなる原料ガスを高温に保持された触媒層を流通させることで、一酸化炭素と水素とを含む浸炭ガスを生成するような通常の浸炭ガス生成装置に使用される触媒を用いることができ、好適にはニッケル触媒を用いることができる。
【００３３】
請求項６に記載の本発明では、請求項５の発明において、前記高一酸化炭素濃度浸炭ガスを浸炭炉に流通させ浸炭処理を行うときに発生するオフガスを燃焼させ、その燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を他の反応管に充填した二酸化炭素吸収材で吸収するようにしたので、発生する二酸化炭素を高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成するための原料として再利用することができるようになる。
【００３４】
請求項７に記載の本発明では、請求項５または６の発明において、前記オフガスの燃焼を前記高一酸化炭素濃度浸炭ガスを製造する際の温度保持に利用するようにしたので、エネルギーの省力が可能となる。
【００３５】
請求項８に記載の本発明では、請求項１から７のいずれか１項に記載した発明において、浸炭ガス、または浸炭ガス生成用原料ガスを反応管に流通する際に、反応管の温度を９００℃〜１１００℃に保持したので、二酸化炭素の放出などの反応と、前述の逆シフト反応とを効率よく行うことができる。
【００３６】
請求項９に記載の本発明では、請求項１から８のいずれか１項に記載した発明の構成において、二酸化炭素吸収材による二酸化炭素の吸収を９００℃〜１１００℃の温度で行うようにしたので、二酸化炭素の吸収と放出とを同じ温度域で行うことができる。
【００３７】
請求項１０に記載の本発明では、請求項１から９のいずれか１項に記載した発明の構成において、二酸化炭素吸収材として、アルカリ土類金属の酸化物若しくはアルカリ土類金属酸化物を含有する複合酸化物を用いるように、また、請求項１１に記載の本発明では、請求項１０に記載の発明の構成において、二酸化炭素吸収材として、Ｂａ２ＴｉＯ４系複合酸化物を主たる成分とするものを用いるようにしたので、高温条件下で、高一酸化炭素濃度浸炭ガスの生成を行うことができるようになる。
【００３８】
二酸化炭素吸収材としては、例えば、Ｂａ、Ｃａ、ＳｒやＴｉを含む酸化物、もしくは複合酸化物を用いることができる。このなかで、例えば、Ｂａ２ＴｉＯ４はチタン酸バリウム(ＢａＴｉＯ３)を炭酸バリウム(ＢａＣＯ３)の存在下に焼成し、下記の化学式(２)で示されるような反応を生起させることにより得ることができる。
ＢａＴｉＯ３ ＋ＢａＣＯ３    →  Ｂａ２ＴｉＯ４  ＋  ＣＯ２  ↑    (２)
そして、Ｂａ２ＴｉＯ４系複合酸化物は、特定の条件下で、下記の化学式(３)の反応により二酸化炭素を吸収し、ＢａＴｉＯ３になる。
Ｂａ２ＴｉＯ４  ＋  ＣＯ２    →  ＢａＴｉＯ３ ＋ＢａＣＯ３        (３)
また、二酸化炭素を吸収することで生じたＢａＴｉＯ３ とＢａＣＯ３は、所定の条件下で下記の化学式(４)の反応により二酸化炭素を放出してＢａ２ＴｉＯ４に
戻る。
ＢａＴｉＯ３ ＋ＢａＣＯ３    →  Ｂａ２ＴｉＯ４  ＋  ＣＯ２        (４)
【００３９】
すなわち、本発明で好適に用いられるＢａ２ＴｉＯ４系複合酸化物は、この化学式(３)及び化学式(４)の反応を利用して二酸化炭素の吸収・放出を行うことができる。
これらの反応は、周囲の二酸化炭素ガス分圧により、放出あるいは吸収のどちらかの反応が起こる。例えば、９００℃の場合、二酸化炭素ガス分圧が５ vol％以上のとき、二酸化炭素を吸収し、二酸化炭素ガス分圧が５ vol％以下の時、二酸化炭素の放出が起こる。本発明の高一酸化炭素濃度の浸炭ガス生成では、同じ温度にもかかわらず、二酸化炭素吸収材に流通するガスの二酸化炭素ガス分圧によって、吸収・放出のいずれかの反応を起こすことができる。
【００４０】
請求項１２に記載の本発明では、請求項１から１１のいずれか１項に記載した発明の構成において、二酸化炭素吸収材、または、二酸化炭素吸収材と触媒の混合物を流動装置で流動させながら反応を促進させるようにしているので、各反応を効率よく行わせることができる。なお、二酸化炭素吸収材、または、二酸化炭素吸収材と触媒の混合物を流動させる方式としては、反応管の内部を羽状のもので攪拌したり、振動を与えるなどの方法を適用することができる。
【００４１】
請求項１３に記載の本発明では、二酸化炭素吸収材を充填した反応管を具備した高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置であって、前記反応管に浸炭ガス生成装置を連結して設置し、前記反応管に浸炭ガス生成装置で生成した一酸化炭素と水素を含む浸炭ガスを流通させ、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させるとともに、二酸化炭素吸収材から放出された二酸化炭素と浸炭ガスの反応により、一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成するように構成しているので、簡単な構成の装置でありながら一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成することができる。
【００４２】
請求項１４に記載の本発明では、請求項１３に記載した発明の構成において、二酸化炭素吸収材を充填した少なくとも２本の反応管を具備した高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置であって、少なくとも１本の反応管では、浸炭ガス生成装置と浸炭炉の間に連結して設置し、前記浸炭ガス生成装置で生成した浸炭ガスを流通させ、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させるとともに、二酸化炭素吸収材から放出された二酸化炭素と浸炭ガスの反応により、一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成し、また、他の少なくとも１本の反応管では、浸炭炉のオフガスを燃焼させた際に発生する二酸化炭素を二酸化炭素吸収材で吸収させ、この反応を少なくとも２本の反応管に連結された導入路を切替えることで、交互に行わせるようにしているので、浸炭処理時に発生する二酸化炭素を高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成するための原料として再利用することができる。
【００４３】
請求項１５に記載の本発明では、請求項１３または１４に記載した発明の構成において、前記オフガスの燃焼を前記高一酸化炭素濃度浸炭ガスを製造する際の温度保持に利用するようにしたので、エネルギーの省力が可能となる。
【００４４】
請求項１６に記載の本発明では、請求項１３から１５のいずれか１項に記載の発明の構成において、浸炭ガス生成装置において、浸炭ガス生成の際に発生した二酸化炭素を前記他の少なくとも１本の反応管に充填した二酸化炭素吸収材で吸収するようにしたので、簡単な構成の装置でありながら、さらに二酸化炭素が再利用できるようになる。
【００４５】
請求項１７に記載の本発明では、炭化水素化合物から浸炭ガスを生成するための触媒と、二酸化炭素吸収材とを充填した反応管に、炭化水素化合物と酸素を含む浸炭ガス生成用原料ガスを流通させることで浸炭ガスを生成し、さらに、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させるとともに、二酸化炭素吸収材から放出された二酸化炭素と浸炭ガスとの反応により、一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成するように構成しているので、別途浸炭ガス生成装置を設ける必要がなく、高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成する装置として、構成を簡素化することができる。
【００４６】
請求項１８に記載の本発明では、請求項１７に記載した発明の構成において、炭化水素化合物から浸炭ガスを生成するための触媒と、二酸化炭素吸収材とを充填した少なくとも２本の反応管を具備した高一酸化炭素濃度浸炭ガス製造装置であって、少なくとも１本の反応管は、浸炭炉を連結して設置し、炭化水素化合物と酸素とを含む浸炭ガス生成用原料ガスを流通させることで浸炭ガスを生成し、さらに、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させるとともに、二酸化炭素吸収材から放出された二酸化炭素と浸炭ガスとの反応により、一酸化炭素濃度の高い高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成し、また、他の少なくとも１本の反応管には、浸炭炉のオフガスを燃焼させた燃焼ガスを流通し、前記燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸収材に吸収させ、この反応を少なくとも２本の反応管に連結された導入路を切り替えることで、交互に行わせるようにしているので、浸炭処理時に発生する二酸化炭素を高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成するための原料として再利用することができるようになる。
【００４７】
請求項１９に記載の本発明では、請求項１７または１８に記載した発明の構成において、前記オフガスの燃焼を前記高一酸化炭素濃度浸炭ガスを製造する際の温度保持に利用するように構成したので、エネルギーの省力が可能になる。
【００４８】
請求項２０に記載の本発明では、請求項１３から１９のいずれか１項に記載の発明の構成において、前記浸炭ガス、または前記浸炭ガス生成用原料ガスを前記反応管に流通させる際に、反応管の温度を９００℃〜１１００℃に保持するように構成しているので、二酸化炭素の放出などの反応と、前述の二酸化炭素と水素から一酸化炭素と水とを生成する逆シフト反応とを効率よく行うことができる。また、請求項２１に記載の本発明では、請求項１３から２０のいずれか１項に記載の発明の構成において、前記二酸化炭素吸収材による二酸化炭素の吸収を９００℃〜１１００℃の温度で行うようにしているので、二酸化炭素の吸収と放出とを同じ温度域で行うことができることになる。
【００４９】
請求項２２に記載の本発明では、請求項１３から２１のいずれか１項に記載した発明の構成において、前記二酸化炭素吸収材が、アルカリ土類金属の酸化物もしくはアルカリ土類金属酸化物を含有する複合酸化物で構成され、請求項２３に記載の本発明では、請求項２２に記載の発明の構成において、前記二酸化炭素吸収材としてＢａ２ＴｉＯ４系複合酸化物を主たる成分とするものを用いるようにしていることから、高温条件下で、高一酸化炭素濃度浸炭ガスの生成を行うことができるようになる。さらに、請求項２４に記載の本発明では、請求項１３から２３のいずれか１項に記載した発明の構成において、前記二酸化炭素吸収材、または二酸化炭素吸収材と触媒の混合物を流動装置で流動させながら反応を促進させるようにしていることから、各反応を効率よく行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
図１は、本発明の一実施形態を示す高一酸化炭素濃度浸炭ガス製造装置の概略構成図である。
図１の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置は、二酸化炭素吸収材を充填した２本の反応管と、浸炭炉のオフガスを燃焼するためのガスバーナを具備している。
また、図中において各符号は、浸炭ガス生成装置(１)、浸炭炉(２)、二酸化炭素吸収材(３)(７)、反応管(４)(８)、高一酸化炭素濃度浸炭ガス生成装置(５)、オフガス燃焼バーナー(６)、原料ガス供給路(９)、浸炭ガス供給路(10)、高一酸化炭素濃度浸炭ガス供給路(11)、オフガス供給路(12)、オフガス燃焼用空気供給路(13)、燃焼ガス供給路(14)、排気ガス通路(15)、浸炭ガス生成装置の燃焼ガス供給路(18)、オフガスの燃焼ガス供給路(19)、流路切換え弁(20)である。また、図中において、実線の矢印は、原料ガス、浸炭ガス、高一酸化炭素濃度浸炭ガスの流れを、破線の矢印は、燃焼ガスの流れを示している。
【００５１】
図１の高一酸化炭素濃度浸炭ガス生成装置(５)では、予め二酸化炭素を吸収させた二酸化炭素吸収材(３)を充填した反応管(４)を浸炭ガス生成装置(１)と浸炭炉(２)の間に設置して構成してある。二酸化炭素吸収材(３)としては、例えば、Ｂａ２ＴｉＯ４系複合酸化物を主たる成分とするものを用いることができる。浸炭ガス生成装置(１)には、原料ガス供給路(９)を介して炭化水素化合物と酸素を含む浸炭ガス生成用原料ガスを供給し、浸炭ガスを生成する。次に、反応管(４)に、浸炭ガス生成装置(１)で生成した浸炭ガスを、浸炭ガス供給路(10)を介して流通させることによって、反応管(４)内で二酸化炭素吸収材(３)から二酸化炭素を放出させ、この二酸化炭素と浸炭ガスを反応させることによって、高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成することができる。
【００５２】
生成した高一酸化炭素濃度浸炭ガスは、高一酸化炭素濃度浸炭ガス供給路(11)を介して、浸炭炉(２)に供給され、この浸炭炉(２)内でワークに浸炭処理を施す。
浸炭炉(２)からのオフガスは、高一酸化炭素濃度浸炭ガス生成装置(５)内に配置したオフガス燃焼バーナー(６)に、オフガス供給路(12)を介して供給され、高一酸化炭素濃度浸炭ガス生成装置(５)内で燃焼させる。その燃焼により生じる熱エネルギーを高一酸化炭素濃度浸炭ガス生成装置(５)内の温度雰囲気を高温雰囲気に維持するための熱源として利用するようにしている。
【００５３】
また、高一酸化炭素濃度浸炭ガス生成装置(５)内でオフガスを燃焼させることにより生じた燃焼ガスは、オフガスの燃焼ガス供給路(19)と燃焼ガス供給路(14)を介して、高一酸化炭素濃度浸炭ガス生成装置(５)内に配置されているもう一方の反応管(８)に送り込み、充填されている二酸化炭素吸収材(７)により、燃焼ガス中の二酸化炭素を吸収させてから、排気ガス通路(15)を介して系外に取り出すようにしている。また、二酸化炭素吸収材(７)としても、Ｂａ２ＴｉＯ４系複合酸化物を主たる成分とするものを用いることができる。
また、浸炭ガス生成装置(１)の温度を保持するために発生した燃料ガスを、浸炭ガス生成装置の燃焼ガス供給路(18)と燃焼ガス供給路(14)を介して、浸炭炉(２)のオフガスを燃焼させた燃焼ガスと一緒に流通させるようにしてもよい。
【００５４】
次に、反応管(４)において二酸化炭素吸収材による二酸化炭素の放出が完了した段階で、流路切換え弁(20)を切換えて、逆に、反応管(８)には浸炭ガス生成装置(１)で生成した浸炭ガスが供給されるように、また、反応管(４)には浸炭炉(２)からのオフガスを燃焼させることにより生じた燃焼ガスが供給されるようにする。
このような切換えを行なうことによって、今度は逆に、反応管(８)内で高一酸化炭素濃度の浸炭ガスの生成を、また、反応管(４)内では二酸化炭素吸収材(３)による二酸化炭素の吸収を生起させることができるようになる。
【００５５】
本発明の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置では、このようなサイクルを繰り返すように構成されているので、浸炭処理の際に発生するオフガスの燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成するための原料として再利用することが可能になる。
【００５６】
図２は、本発明の異なる実施形態を示す高一酸化炭素濃度浸炭ガス製造装置の概略構成図である。
図２の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置は、二酸化炭素吸収材と炭化水素化合物から浸炭ガスを生成するための触媒を充填した２本の反応管と、浸炭炉のオフガスを燃焼するためのガスバーナを具備している。
また、図中において各符号は、浸炭炉(２)、二酸化炭素吸収材(３)(７)、反応管(４)(８)、高一酸化炭素濃度浸炭ガス生成装置(５)、オフガス燃焼バーナー(６)、原料ガス供給路(９)、高一酸化炭素濃度浸炭ガス供給路(11)、オフガス供給路(12)、オフガス燃焼用空気供給路(13)、燃焼ガス供給路(14)、排気ガス通路(15)、触媒(16)(17)、流路切換え弁(20)である。また、図中において、実線の矢印は、原料ガス、高一酸化炭素濃度浸炭ガスの流れを、破線の矢印は、燃焼ガスの流れを示している。
【００５７】
図２の高一酸化炭素濃度浸炭ガス生成装置(５)では、予め二酸化炭素を吸収させた二酸化炭素吸収材(３)と触媒(16)とを充填した反応管(４)を浸炭炉(２)を連結して設置してある。二酸化炭素吸収材(３)としては、例えば、Ｂａ２ＴｉＯ４系複合酸化物を主たる成分とするものを用いることができる。反応管(４)には、原料ガス供給路(９)を介して、炭化水素化合物と酸素を含む浸炭ガス生成用原料ガスを流通させることによって、反応管(４)内で浸炭ガスを生成するとともに、二酸化炭素吸収材(３)から二酸化炭素を放出させ、この二酸化炭素と浸炭ガスとを反応させることによって、高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成することができる。
【００５８】
生成した高一酸化炭素濃度浸炭ガスは、高一酸化炭素濃度浸炭ガス供給路(11)を介して、浸炭炉(２)に供給され、この浸炭炉(２)内でワークに浸炭処理を施す。
浸炭炉(２)からのオフガスは、高一酸化炭素濃度浸炭ガス生成装置(５)内に配置したオフガス燃焼バーナー(６)に、オフガス供給路(12)を介して供給され、高一酸化炭素濃度浸炭ガス生成装置(５)内で燃焼させる。その燃焼により生じる熱エネルギーを高一酸化炭素濃度浸炭ガス生成装置(５)内の温度雰囲気を高温雰囲気に維持するための熱源として利用するようにしている。
【００５９】
また、高一酸化炭素濃度浸炭ガス生成装置(５)内でオフガスを燃焼させることにより生じた燃焼ガスは、燃焼ガス供給路(14)を介して、高一酸化炭素濃度浸炭ガス生成装置(５)内に配置されているもう一方の反応管(８)に送り込み、充填されている二酸化炭素吸収材(７)により、燃焼ガス中の二酸化炭素を吸収させてから、排気ガス通路(15)を介して系外に取り出すようにしている。また、二酸化炭素吸収材(７)としても、Ｂａ２ＴｉＯ４系複合酸化物を主たる成分とするものを用いることができる。
【００６０】
次に、反応管(４)において二酸化炭素吸収材による二酸化炭素の放出が完了した段階で、流路切換え弁(20)を切換えて、逆に、反応管(８)には炭化水素化合物と酸素とを含む浸炭ガス生成用原料ガスが供給されるように、また、反応管(４)には浸炭炉(２)からのオフガスを燃焼させることにより生じた燃焼ガスが供給されるようにする。
このような切換えを行なうことによって、今度は逆に、反応管(８)内で高一酸化炭素濃度の浸炭ガスの生成を、また、反応管(４)内では二酸化炭素吸収材(３)による二酸化炭素の吸収を生起させることができるようになる。
【００６１】
本発明の高一酸化炭素濃度浸炭ガスの製造装置では、このようなサイクルを繰り返すように構成されているので、浸炭処理の際に発生するオフガスの燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を高一酸化炭素濃度浸炭ガスを生成するための原料として再利用することが可能になる。
【００６２】
これら、図１、図２で示した実施形態においては、二酸化炭素吸収材(３)(７)に対する二酸化炭素の放出、吸収は９００℃以上の高温で行うことが好ましい。
【００６３】
また、前記二酸化炭素吸収材(３)(７)あるいは二酸化炭素吸収材(３)(７)と触媒(16)(17)の混合物を流動装置(図示略)を用いて流動させながら二酸化炭素の放出、又は吸収をさせるようにしてもよい。
【００６４】
さらに、反応管(４)(８)内に充填する二酸化炭素吸収材(３)(７)として、Ｂａ２ＴｉＯ４系複合酸化物を主たる成分とするものを使用しているが、この二酸化炭素吸収材(３)(７)として、二酸化炭素吸収能力を有するアルカリ土類金属の酸化物もしくはアルカリ土類金属酸化物を含有する複合酸化物を使用することもできる。
【実施例１】
【００６５】
外部に伝熱ヒータを備えた内径２２mm、長さ３００mmのステンレス容器で形成した反応管内に、平均粒径２mmのＢａ２ＴｉＯ４焼結体を二酸化炭素吸収材として８８g(約４０ml)を充填し、１６Ｎl／ｈで窒素ガスを流通させ、伝熱ヒータにより、窒素ガス入口温度を９００℃に制御した。
【００６６】
流通させた窒素ガスの温度が安定した後、二酸化炭素ガスを４Ｎl／ｈの速度で流通させ、二酸化炭素の吸収を行った。この場合の二酸化炭素濃度は、２０ Vol％であった。
【００６７】
この二酸化炭素を吸収させた二酸化炭素吸収材に対して、二酸化炭素吸収材の温度を９００℃に制御しつつ、メタンガスと空気とを原料として生成した浸炭ガスを２０Ｎl／ｈの流通量で流通させ、高一酸化炭素濃度浸炭ガスの生成を行なった。生成したガスの組成をガス分析装置(島津製作所製ガスクロマトグラフ)で測定し、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、及び窒素の比率を求めた。
【実施例２】
【００６８】
反応管内部の二酸化炭素吸収材の温度を９５０℃に制御した以外は、前記実施例１と同じ方法により、高一酸化炭素濃度浸炭ガスの生成を行なった。生成したガスの組成を、同じようにガス分析装置で測定し、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、及び窒素の比率を求めた。
【実施例３】
【００６９】
外部に伝熱ヒータを備えた内径２２mm、長さ３００mmのステンレス容器で形成した反応管内に、平均粒径２mmのＢａ２ＴｉＯ４焼結体を二酸化炭素吸収材として８８g(約４０ml)と、改質触媒(Ｎi系触媒)６４g(約４０ml)とを充填し、１６Ｎl／ｈで窒素ガスを流通させ、伝熱ヒータにより、窒素ガス入口温度を９５０℃に制御した。
【００７０】
流通させた窒素ガスの温度が安定した後、二酸化炭素ガスを４Ｎl／ｈの速度で流通させ、二酸化炭素の吸収を行った。この場合の二酸化炭素濃度は、２０ Vol％であった。
【００７１】
この二酸化炭素を吸収させた二酸化炭素吸収材と改質触媒との混合体に対して、この混合体の温度を９５０℃に制御しつつ、メタンガスと空気とをその体積比率が１：２.５の混合ガスを２０Ｎl／ｈの流通量で流通させ、高一酸化炭素濃度浸炭ガスの生成を行なった。生成したガスの組成を同じようにガス分析装置で測定し、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、及び窒素の比率を求めた。
【００７２】
上記３つの実施例での測定結果を表１に示す。
また、比較例として、実施例１で用いたメタンガスと空気とを原料として生成した浸炭ガスの組成を示す。
【表１】
2008169049.tif 000003
【００７３】
上記の表から、二酸化炭素を吸収している二酸化炭素吸収材に浸炭ガスあるいは、浸炭ガスの原料ガスを流通させることにより、浸炭ガス中の一酸化炭素濃度を高めることができることが分かる。また、９００℃よりも低い温度で処理をした場合には、式(１)に示した逆シフト反応が進行しにくいため、一酸化炭素の濃度を高める効果が十分ではない。
【００７４】
また、得られたガス中には２.７〜５.９ vol％の二酸化炭素を含有するが、二酸化炭素吸収材の後段に逆シフト触媒を充填することにより、二酸化炭素濃度を低下させることが可能であり、また、例えば、ガス精製装置を設置して二酸化炭素を除去することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、浸炭装置だけでなく、高濃度の一酸化炭素を必要とする場合にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態を示す浸炭装置の概略構成図である。
【図２】本発明の異なる実施形態を示す浸炭装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７７】
１…浸炭ガス生成装置、２…浸炭炉、３・７…二酸化炭素吸収材、４・８…反応管、５…高一酸化炭素濃度浸炭ガス生成装置、６…オフガス燃焼バーナー、９…原料ガス供給路、10…浸炭ガス供給路、11…浸炭ガス導入路、12…オフガス供給路、13…オフガス燃焼用空気供給路、14…燃焼ガス供給路、15…排気ガス通路、16・17…触媒、18…浸炭ガス生成装置の燃焼ガス供給路、19…オフガスの燃焼ガス供給路、20…流路切換え弁。
【図１】
2008169049.tif 000004
【図２】
2008169049.tif 000005