JP2001152314A - Atmospheric gas generator and method for high-temperature rapid carburizing - Google Patents
Atmospheric gas generator and method for high-temperature rapid carburizingInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 煤の発生を抑制するとともに、爆発の危険性
も回避しながら、高温迅速浸炭用雰囲気ガスとして好適
な一酸化炭素を高濃度に含む変成ガスを安定して発生さ
せることができる高温迅速浸炭用雰囲気ガス発生装置及
び方法を提供する。
【解決手段】 炭化水素と、二酸化炭素、酸素等の源ガ
スとを混合した原料混合ガスをニッケル触媒層に導入
し、触媒反応によって一酸化炭素と水素とを含む浸炭用
雰囲気ガスを発生する装置において、前記ニッケル触媒
層の途中に、炭化水素を導入する炭化水素導入部を設け
る。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To stably generate a metamorphic gas containing high concentration of carbon monoxide, which is suitable as a high-temperature rapid carburizing atmosphere gas, while suppressing soot generation and avoiding the danger of explosion. The present invention provides an atmosphere gas generating apparatus and method for high-temperature rapid carburizing that can be performed. SOLUTION: An apparatus for introducing a mixed gas of a hydrocarbon and a source gas such as carbon dioxide and oxygen into a nickel catalyst layer and generating a carburizing atmosphere gas containing carbon monoxide and hydrogen by a catalytic reaction. , A hydrocarbon introduction part for introducing hydrocarbon is provided in the middle of the nickel catalyst layer.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高温迅速浸炭用雰
囲気ガス発生装置及び方法に関し、詳しくは、鋼材製の
部品等の高温迅速浸炭処理を効果的に行うことができる
組成の浸炭用雰囲気ガスを発生させるための装置及び方
法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for generating an atmospheric gas for rapid carburizing at high temperature, and more particularly, to an atmospheric gas for carburizing having a composition capable of effectively performing high-temperature rapid carburizing treatment of steel parts and the like. And a method for generating the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】一酸化炭素及び水素を含む浸炭用雰囲気
ガスを発生させる方法として、LNGやLPG等のパラ
フィン系炭化水素と空気とを混合した後、この混合ガス
(原料混合ガス)を高温に保持されたニッケル触媒層を
有する変成炉に導入し、空気中の酸素と炭化水素とを触
媒反応(変成反応)させて一酸化炭素と水素とを含む変
成ガスを得る空気混合法が従来から広く用いられてい
る。2. Description of the Related Art As a method for generating an atmosphere gas for carburization containing carbon monoxide and hydrogen, after mixing a paraffinic hydrocarbon such as LNG or LPG with air, the mixed gas (raw material mixed gas) is heated to a high temperature. An air mixing method has been widely used, in which a gas is introduced into a shift furnace having a retained nickel catalyst layer and a catalytic reaction (shift reaction) between oxygen and hydrocarbons in the air is performed to obtain a shift gas containing carbon monoxide and hydrogen. Used.
【0003】しかし、酸素源として用いる空気には、約
79%(体積%、以下同じ)の窒素が存在するため、得
られる変成ガス中の一酸化炭素及び水素の濃度は、ある
程度以上にはならず、例えば、メタンを使用したときの
一酸化炭素濃度は20%、ブタンでは23.5%が限界
である。[0003] However, since about 79% (volume%, the same applies hereinafter) of nitrogen is present in air used as an oxygen source, the concentration of carbon monoxide and hydrogen in the resulting metamorphic gas may not exceed a certain level. For example, the limit of the concentration of carbon monoxide when methane is used is 20%, and that of butane is 23.5%.
【0004】一方、浸炭処理、特に、高温迅速浸炭処理
においては、高温でのガス平衡から、一酸化炭素濃度が
低いと炉内で安定した浸炭雰囲気となりにくいため、雰
囲気ガス中の一酸化炭素濃度の高いことが求められてい
る。また、一酸化炭素濃度を高くすることは、例えば孔
を有する部品を浸炭処理する場合、孔の奥にまで十分に
均一に浸炭することができたり、細かい部品を積み重ね
てベルト搬送しながら浸炭する場合は、ベルト上の部品
の積み重ね厚みを増すことができたりするというメリッ
トがある。On the other hand, in carburizing treatment, in particular, high-temperature rapid carburizing treatment, when the concentration of carbon monoxide is low, a stable carburizing atmosphere is unlikely to be formed in the furnace due to gas equilibrium at high temperature. Is required to be high. In addition, increasing the concentration of carbon monoxide, for example, when carburizing a component having a hole, it is possible to sufficiently carburize deep into the hole, or carburize while stacking fine components and carrying a belt. In this case, there is an advantage that the stacking thickness of the components on the belt can be increased.
【0005】一方、炭化水素に混合する源ガスとして、
空気ではなく二酸化炭素や酸素を用いて変成反応させる
ことにより、変成ガス中の一酸化炭素濃度を高めること
が可能である。理論的には、メタンと酸素とが2:1の
モル比で変成反応を行うと、2モルの一酸化炭素と4モ
ルの水素とが生成するので、一酸化炭素濃度約33.3
%、水素濃度約66.7%の変成ガスが得られることに
なる。同様に、メタンと二酸化炭素とが1:1のモル比
で反応すると、2モルの一酸化炭素と2モルの水素とが
生成し、両者の濃度はそれぞれ50%になる。また、ブ
タンの場合は、2モルの酸素との反応で、4モルの一酸
化炭素と5モルの水素とが生成し、4モルの二酸化炭素
との反応では8モルの一酸化炭素と5モルの水素とが生
成する。On the other hand, as a source gas to be mixed with hydrocarbons,
By performing the shift reaction using carbon dioxide or oxygen instead of air, the concentration of carbon monoxide in the shift gas can be increased. Theoretically, if a methane and oxygen are subjected to a conversion reaction at a molar ratio of 2: 1, 2 moles of carbon monoxide and 4 moles of hydrogen are generated, so that the carbon monoxide concentration is about 33.3.
%, And a converted gas having a hydrogen concentration of about 66.7% is obtained. Similarly, when methane and carbon dioxide react at a 1: 1 molar ratio, 2 moles of carbon monoxide and 2 moles of hydrogen are produced, and the concentration of both becomes 50%. In the case of butane, 4 moles of carbon monoxide and 5 moles of hydrogen are generated by the reaction with 2 moles of oxygen, and 8 moles of carbon monoxide and 5 moles are formed by the reaction with 4 moles of carbon dioxide. Of hydrogen is produced.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、二酸化
炭素や酸素を用いて高濃度の一酸化炭素を発生させよう
とすると、変成炉内で発生する煤が大きな問題となる。
例えば、源ガスとして二酸化炭素を使用した場合、変成
反応が吸熱反応であることから、ニッケル触媒層を所定
の温度に加熱するヒーターからの熱の供給が部分的に不
足し、ニッケル触媒層の一部に温度低下が生じると、そ
の部分で反応が十分に進まずに煤が発生することにな
る。このようにして変成炉内で煤が大量に発生すると、
ニッケル触媒層が詰って装置の運転を継続できなくなっ
てしまう。However, if carbon monoxide or oxygen is used to generate a high concentration of carbon monoxide, soot generated in the shift furnace becomes a serious problem.
For example, when carbon dioxide is used as a source gas, since the metamorphic reaction is an endothermic reaction, the supply of heat from a heater that heats the nickel catalyst layer to a predetermined temperature is partially insufficient, and one of the nickel catalyst layers is supplied. When the temperature decreases in the part, the reaction does not proceed sufficiently in that part, and soot is generated. When a large amount of soot is generated in the shift furnace in this way,
The operation of the apparatus cannot be continued because the nickel catalyst layer is clogged.
【0007】一方、酸素を使用した場合は、変成反応が
発熱反応であるから温度低下の問題はなくなるが、炭化
水素と酸素との混合ガスが爆発限界混合比内となるた
め、酸素のみを酸素源として使用することは、安全性の
点で大きな問題を生じてしまう。[0007] On the other hand, when oxygen is used, there is no problem of temperature drop because the metamorphic reaction is an exothermic reaction, but since the mixed gas of hydrocarbon and oxygen is within the explosive limit mixing ratio, only oxygen is used as the oxygen source. Using it as a source causes a great problem in terms of safety.
【0008】このようなことから、空気に代えて二酸化
炭素や酸素を源ガスとして使用することにより、一酸化
炭素を高濃度に含む変成ガスが得られることが知られて
いても、実際の装置においては、安全性や安定性を重視
し、源ガスとして空気を使用する空気添加法を採用して
いるのが実状である。Thus, even if it is known that the use of carbon dioxide or oxygen as a source gas instead of air can produce a modified gas containing a high concentration of carbon monoxide, the actual apparatus In practice, the importance of safety and stability has been emphasized, and in fact, an air addition method using air as a source gas has been adopted.
【0009】そこで本発明は、煤の発生を抑制し、酸素
を使用した際の爆発の危険性も回避しながら、高温迅速
浸炭用雰囲気ガスとして好適な一酸化炭素を高濃度に含
む変成ガスを安定して発生させることができる高温迅速
浸炭用雰囲気ガス発生装置及び方法を提供することを目
的としている。Accordingly, the present invention provides a modified gas containing a high concentration of carbon monoxide, which is suitable as an atmosphere gas for rapid carburization at high temperatures, while suppressing the generation of soot and avoiding the danger of explosion when using oxygen. It is an object of the present invention to provide an atmosphere gas generating apparatus and method for high-temperature rapid carburizing that can be stably generated.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の高温迅速浸炭用雰囲気ガス発生装置は、炭
化水素と、二酸化炭素、酸素等の源ガスとを混合した原
料混合ガスをニッケル触媒層に導入し、触媒反応によっ
て一酸化炭素と水素とを含む浸炭用雰囲気ガスを発生す
る装置において、前記ニッケル触媒層の途中に、炭化水
素を導入する炭化水素導入部を設けたことを特徴として
いる。In order to achieve the above object, an atmosphere gas generating apparatus for high-speed and rapid carburizing according to the present invention is characterized in that a raw material mixed gas obtained by mixing a hydrocarbon and a source gas such as carbon dioxide and oxygen is mixed with nickel. In a device for introducing into the catalyst layer and generating a carburizing atmosphere gas containing carbon monoxide and hydrogen by a catalytic reaction, a hydrocarbon introduction section for introducing hydrocarbon is provided in the middle of the nickel catalyst layer. And
【0011】また、本発明の高温迅速浸炭用雰囲気ガス
の発生方法は、炭化水素、二酸化炭素及び酸素を混合し
た原料混合ガスをニッケル触媒層に導入し、触媒反応に
よって一酸化炭素と水素とを含む浸炭用雰囲気ガスを発
生させる方法において、前記炭化水素の少なくとも一部
を、前記ニッケル触媒層の途中で混合することを特徴と
している。Further, in the method for generating an atmospheric gas for high-temperature rapid carburizing according to the present invention, a raw material mixed gas obtained by mixing hydrocarbon, carbon dioxide and oxygen is introduced into a nickel catalyst layer, and carbon monoxide and hydrogen are separated by a catalytic reaction. In the method for generating a carburizing atmosphere gas containing at least a part of the nickel catalyst layer, at least a part of the hydrocarbon is mixed.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】図1は、本発明の高温迅速浸炭用
雰囲気ガス発生装置の一形態例を示す系統図である。こ
の高温迅速浸炭用雰囲気ガス発生装置は、原料としての
炭化水素と源ガスとしての二酸化炭素及び酸素を使用す
るものであって、炭化水素供給源11,二酸化炭素供給
源12,酸素供給源13,窒素供給源14と、炭化水素
供給源11から供給される炭化水素と二酸化炭素供給源
12から供給される二酸化炭素とを混合する第1ガスミ
キサー15と、炭化水素供給源11から供給される炭化
水素と二酸化炭素供給源12から供給される二酸化炭素
及び/又は窒素供給源14から供給される窒素とを混合
する第2ガスミキサー16と、前記第1ガスミキサー1
5で混合した原料混合ガスを所定温度に予熱する予熱器
17と、ニッケル触媒層を有する変成炉18と、変成ガ
スを急冷するための冷却器19とを備えるとともに、予
熱器17から変成炉18に至る予熱原料混合ガスの経路
20に酸素供給源13から供給される酸素を導入して混
合するための酸素導入部21と、前記第2ガスミキサー
16で混合した炭化水素含有混合ガスを変成炉18内の
ニッケル触媒層の途中から導入する炭化水素導入部22
とを有している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a system diagram showing one embodiment of an atmospheric gas generator for high-temperature rapid carburizing according to the present invention. This high-temperature rapid carburizing atmosphere gas generator uses a hydrocarbon as a raw material and carbon dioxide and oxygen as a source gas, and includes a hydrocarbon supply source 11, a carbon dioxide supply source 12, an oxygen supply source 13, A nitrogen supply source 14, a first gas mixer 15 for mixing the hydrocarbon supplied from the hydrocarbon supply source 11 with the carbon dioxide supplied from the carbon dioxide supply source 12, and a carbon supply supplied from the hydrocarbon supply source 11. A second gas mixer 16 for mixing hydrogen and carbon dioxide supplied from a carbon dioxide supply source 12 and / or nitrogen supplied from a nitrogen supply source 14, and the first gas mixer 1
5 is provided with a preheater 17 for preheating the raw material mixed gas mixed at 5 to a predetermined temperature, a shift furnace 18 having a nickel catalyst layer, and a cooler 19 for rapidly cooling the shift gas. An oxygen introducing section 21 for introducing and mixing oxygen supplied from an oxygen supply source 13 into a path 20 of a preheated raw material mixed gas leading to a preheating raw material mixed gas, and a hydrocarbon-containing mixed gas mixed by the second gas mixer 16 Hydrocarbon introduction section 22 introduced from the middle of the nickel catalyst layer in 18
And
【0013】前記予熱器17には、原料混合ガスを所定
温度に予熱するためのヒーター17a及び温度計17b
が設けられており、変成炉18には、ニッケル触媒層を
所定温度に加熱するためのヒーター18a及び温度計1
8bが設けられている。なお、変成炉18には、基本的
に従来の空気混合法による変成炉と同様のものを用いる
ことができ、ニッケル触媒層の加熱温度は、1000〜
1100℃、通常は、1050℃程度である。The preheater 17 has a heater 17a and a thermometer 17b for preheating the raw material mixed gas to a predetermined temperature.
Provided in the shift furnace 18 are a heater 18 a for heating the nickel catalyst layer to a predetermined temperature and a thermometer 1.
8b are provided. Note that, as the shift furnace 18, a shift furnace basically similar to the shift furnace based on the conventional air mixing method can be used.
It is 1100 ° C., usually about 1050 ° C.
【0014】本形態例に示す装置では、第1ガスミキサ
ー15で混合した所定量の炭化水素と二酸化炭素とから
なる原料混合ガスを予熱器17で所定の温度に予熱し、
酸素導入部21から酸素を導入混合した後、この原料混
合ガスを変成炉18内のニッケル触媒層に導入し、さら
に、ニッケル触媒層の途中で炭化水素導入部22から導
入される所定量の炭化水素や二酸化炭素を混合し、これ
らの変成反応によって一酸化炭素と水素とを含む変成ガ
スを生成させるようにしている。生成した変成ガスは、
冷却器19で急冷してから浸炭用雰囲気ガスとして浸炭
炉等に送り出される。In the apparatus shown in this embodiment, a raw material mixed gas composed of a predetermined amount of hydrocarbon and carbon dioxide mixed by the first gas mixer 15 is preheated to a predetermined temperature by a preheater 17,
After oxygen is introduced and mixed from the oxygen introduction part 21, this raw material mixed gas is introduced into the nickel catalyst layer in the shift furnace 18, and further, a predetermined amount of carbonized gas introduced from the hydrocarbon introduction part 22 in the middle of the nickel catalyst layer. Hydrogen and carbon dioxide are mixed, and a metamorphic gas containing carbon monoxide and hydrogen is generated by these metamorphic reactions. The generated metamorphic gas is
After being rapidly cooled by the cooler 19, it is sent to a carburizing furnace or the like as a carburizing atmosphere gas.
【0015】なお、各経路には、減圧弁、圧力計、流量
計、流量調整弁、電磁弁、逆止弁等の各種機器を必要に
応じて設けておくことができる。また、ヒーターは、制
御性を考慮して複数のヒーターを配置するようにしても
よい。さらに、他のガス、例えば、濃度調整等を行うた
めの窒素や空気を供給する経路を設けておいてもよい。In addition, various devices such as a pressure reducing valve, a pressure gauge, a flow meter, a flow regulating valve, a solenoid valve, a check valve and the like can be provided in each path as needed. Further, a plurality of heaters may be arranged in consideration of controllability. Further, a path for supplying another gas, for example, nitrogen or air for performing concentration adjustment or the like may be provided.
【0016】前記予熱器17は、炭化水素と二酸化炭素
とからなる原料混合ガスを、炭化水素の熱分解温度以下
の温度に予熱するためのものであって、このときの予熱
温度は、できるだけ高く設定しておくことが好ましい
が、熱分解温度にまで達すると、炭化水素が炭素と水
素、あるいは炭素と水素とメタンとに分解し、分解によ
り生成した炭素が、いわゆる煤となって経路内に付着し
たり、ニッケル触媒層に流入して詰りを発生させてしま
うことになる。したがって、炭化水素がメタンの場合は
623℃以下、好ましくは600℃以下、プロパンの場
合は423℃以下、好ましくは400℃以下、ブタンの
場合は463℃以下、好ましくは420℃以下、に予熱
することが望ましい。The preheater 17 is for preheating a raw material mixture gas composed of hydrocarbons and carbon dioxide to a temperature lower than the thermal decomposition temperature of hydrocarbons. The preheating temperature at this time is as high as possible. It is preferable to set it, but when it reaches the thermal decomposition temperature, hydrocarbons are decomposed into carbon and hydrogen or carbon and hydrogen and methane, and the carbon generated by decomposition becomes so-called soot in the path. It will adhere or flow into the nickel catalyst layer to cause clogging. Therefore, when the hydrocarbon is methane, it is preheated to 623 ° C or lower, preferably 600 ° C or lower, for propane, 423 ° C or lower, preferably 400 ° C or lower, and for butane, it is preheated to 463 ° C or lower, preferably 420 ° C or lower. It is desirable.
【0017】また、この予熱器17では、本形態例に示
すように、酸素を含まない状態のガスを予熱するように
しておくことが好ましい。すなわち、酸素を含んだ状態
で予熱すると、酸素と炭化水素とが予熱器内で反応(燃
焼反応)し、発生する反応熱で予熱器17や配管(経路
20)が損傷したりするおそれがある。但し、酸素量が
十分に少ない場合は、酸素を含んだ状態で予熱すること
も可能である。In the preheater 17, it is preferable to preheat gas containing no oxygen, as shown in this embodiment. That is, when preheating is performed in a state containing oxygen, oxygen and hydrocarbons react (combustion reaction) in the preheater, and the generated reaction heat may damage the preheater 17 and the pipe (path 20). . However, when the amount of oxygen is sufficiently small, it is also possible to preheat in a state containing oxygen.
【0018】前記酸素導入部21から導入される酸素
は、源ガスとして用いられるだけでなく、予熱器17か
ら導出した予熱原料混合ガス中の炭化水素の一部と燃焼
反応し、この燃焼熱によって予熱原料混合ガスの温度を
更に高める作用も有しており、変成炉18内のニッケル
触媒層に流入する原料混合ガスの温度を十分に高めるよ
うにしている。The oxygen introduced from the oxygen introducing section 21 is not only used as a source gas but also reacts with a part of the hydrocarbons in the preheated raw material mixture gas derived from the preheater 17 by a combustion reaction. It also has the effect of further raising the temperature of the preheated raw material mixed gas, so that the temperature of the raw material mixed gas flowing into the nickel catalyst layer in the shift furnace 18 is sufficiently raised.
【0019】原料となる炭化水素は、上述のように、二
酸化炭素と混合し、予熱器17を経て酸素と混合した混
合原料ガスの状態でニッケル触媒層に導入される経路
と、ニッケル触媒層の途中に設けた前記炭化水素導入部
22から触媒層内に導入する経路とに、所定量が分割さ
れて供給される。As described above, the hydrocarbon as the raw material is mixed with carbon dioxide, and is introduced into the nickel catalyst layer in the form of a mixed raw material gas mixed with oxygen through the preheater 17; A predetermined amount is divided and supplied to a path for introducing into the catalyst layer from the hydrocarbon introduction section 22 provided on the way.
【0020】このように炭化水素を分割して供給するこ
とにより、高温に保持されたニッケル触媒層に流入する
混合原料ガス中の炭化水素量を、通常の場合よりも少量
にすることができる。したがって、ニッケル触媒層流入
時における炭化水素の急激な熱分解により発生する炭素
量を少なくすることができるので、発生した炭素を二酸
化炭素や酸素と速やかに反応させることができる。しか
も、ニッケル触媒層上流側の雰囲気ガス中には、供給さ
れた酸素あるいは二酸化炭素の熱分解により発生した酸
素が過剰に存在する状態になっているので、煤が発生し
たとしても、この過剰の酸素と反応させて速やかに除去
することができる。By dividing and supplying hydrocarbons in this manner, the amount of hydrocarbons in the mixed raw material gas flowing into the nickel catalyst layer maintained at a high temperature can be made smaller than usual. Therefore, the amount of carbon generated by the rapid thermal decomposition of hydrocarbons when flowing into the nickel catalyst layer can be reduced, so that the generated carbon can be quickly reacted with carbon dioxide and oxygen. Moreover, in the atmosphere gas on the upstream side of the nickel catalyst layer, the supplied oxygen or the oxygen generated by the thermal decomposition of carbon dioxide is in an excessive state, so that even if soot is generated, It can be quickly removed by reacting with oxygen.
【0021】また、ニッケル触媒層途中の炭化水素導入
部22から導入された炭化水素は、ニッケル触媒層内を
流れる過剰の二酸化炭素や酸素と速やかに反応し、一酸
化炭素及び水素を生成する。The hydrocarbon introduced from the hydrocarbon introduction part 22 in the middle of the nickel catalyst layer quickly reacts with excess carbon dioxide and oxygen flowing in the nickel catalyst layer to generate carbon monoxide and hydrogen.
【0022】このように少量の炭化水素をニッケル触媒
層内で二段階に分けてそれぞれ反応させるようにしたこ
とにより、吸熱反応による温度低下を抑えることができ
るので、変成反応を確実に行うことができ、煤の発生を
抑制して安定した変成反応を行うことができる。Since a small amount of hydrocarbons are reacted in two steps in the nickel catalyst layer in this manner, a temperature drop due to an endothermic reaction can be suppressed, so that the shift reaction can be reliably performed. Thus, the generation of soot can be suppressed and a stable shift reaction can be performed.
【0023】また、炭化水素導入部22からの炭化水素
の導入は、炭化水素導入部近傍での急激な反応を抑え、
煤の発生を抑制するため、炭化水素を二酸化炭素や窒素
で希釈して行うことが好ましい。炭化水素の希釈率、す
なわち二酸化炭素や窒素との混合割合は、原料の種類、
ニッケル触媒層を流れるガス量や炭化水素導入部22か
らの導入量、ニッケル触媒層内での反応状況等に応じて
設定することができる。さらに、炭化水素を希釈するガ
スとしては、変成反応や生成した変成ガスに影響を及ぼ
さなければ適宜なガスを使用することが可能であり、2
種類以上を使用することもできる。The introduction of hydrocarbons from the hydrocarbon introduction section 22 suppresses a sudden reaction near the hydrocarbon introduction section,
In order to suppress the generation of soot, it is preferable to dilute the hydrocarbon with carbon dioxide or nitrogen. The dilution ratio of hydrocarbons, that is, the mixing ratio with carbon dioxide and nitrogen, depends on the type of raw material,
It can be set according to the amount of gas flowing through the nickel catalyst layer, the amount introduced from the hydrocarbon introduction unit 22, the reaction state in the nickel catalyst layer, and the like. Further, as the gas for diluting the hydrocarbon, an appropriate gas can be used as long as it does not affect the shift reaction or the shift gas generated.
More than one type can be used.
【0024】また、前述のように、原料混合ガスを予熱
器17で予熱してからニッケル触媒層に導入することに
より、ニッケル触媒層の温度低下をより確実に抑制する
ことができる。さらに、ニッケル触媒層流入前の原料混
合ガスに酸素導入部21から酸素を導入して炭化水素の
一部と燃焼反応させることにより、ニッケル触媒層に流
入するガス温度を更に上昇させることができる。Further, as described above, the raw material mixed gas is preheated by the preheater 17 and then introduced into the nickel catalyst layer, whereby the temperature drop of the nickel catalyst layer can be more reliably suppressed. Further, by introducing oxygen from the oxygen introduction unit 21 to the raw material mixed gas before flowing into the nickel catalyst layer and causing a combustion reaction with a part of the hydrocarbon, the temperature of the gas flowing into the nickel catalyst layer can be further increased.
【0025】炭化水素導入部22の位置は、ニッケル触
媒層内において煤の発生がほとんど無く、安定した状態
になっている部分に設定すればよく、原料の種類や混合
比、加熱温度等の各種条件に応じて位置決めすればよ
い。The position of the hydrocarbon introduction section 22 may be set in a stable state where there is almost no generation of soot in the nickel catalyst layer. Positioning may be performed according to conditions.
【0026】また、図2の要部の系統図に示すように、
複数の変成炉181、182を直列に設置し、その間の
経路23に炭化水素あるいは炭化水素を窒素等で希釈し
たガスを導入する経路24を設けるようにしてもよく、
図3の要部の系統図に示すように、変成炉18内に複数
のニッケル触媒層25a、25bを設け、その間の経路
26に炭化水素を導入する経路27を設けるようにして
もよい。As shown in the system diagram of the main part of FIG.
A plurality of shift converters 181 and 182 may be installed in series, and a path 24 for introducing a hydrocarbon or a gas obtained by diluting a hydrocarbon with nitrogen or the like may be provided in a path 23 therebetween.
3, a plurality of nickel catalyst layers 25a and 25b may be provided in the shift furnace 18 and a path 27 for introducing hydrocarbons may be provided in a path 26 therebetween.
【0027】原料となる炭化水素と、二酸化炭素、酸素
等の源ガスとの組み合わせは任意であり、好ましい原料
の組み合わせとして、例えば、メタン1モルに対して
は、二酸化炭素0.33モル、酸素0.335モルの組
み合わせや、二酸化炭素0.5モル、酸素0.25モル
の組み合わせを採用することができる。また、プロパン
1モルに対しては、二酸化炭素1.4モル、酸素0.8
モルの組み合わせや、二酸化炭素1.2モル、酸素0.
9モルの組み合わせを採用することができ、ブタン1モ
ルに対しては、二酸化炭素1.8モル、酸素1.1モル
の組み合わせを採用することができる。The combination of the hydrocarbon as the raw material and the source gas such as carbon dioxide and oxygen is optional. A preferable raw material combination is, for example, 0.33 mol of carbon dioxide, oxygen with respect to 1 mol of methane. A combination of 0.335 mol or a combination of 0.5 mol of carbon dioxide and 0.25 mol of oxygen can be employed. Further, 1.4 moles of carbon dioxide and 0.8 moles of oxygen are used for 1 mole of propane.
Mole combination, carbon dioxide 1.2 moles, oxygen 0.
A combination of 9 moles can be used, and a combination of 1.8 moles of carbon dioxide and 1.1 moles of oxygen can be used for 1 mole of butane.
【0028】さらに、源ガスとして酸素のみを使用する
ことも可能であり、例えば、メタンと酸素とを2:1の
モル比で供給し、予熱器17でメタンのみを所定温度に
予熱し、酸素は酸素導入部21から導入して混合するこ
ともできる。また、酸素導入部21からは、空気のよう
な酸素含有ガスを導入することもできる。Further, it is also possible to use only oxygen as a source gas. For example, methane and oxygen are supplied at a molar ratio of 2: 1. Can be introduced from the oxygen introduction part 21 and mixed. In addition, an oxygen-containing gas such as air can be introduced from the oxygen introduction unit 21.
【0029】炭化水素導入部22からの炭化水素の供給
量は、ニッケル触媒層内の反応の進行状況等に応じて適
宜に設定することができるが、経路20から導入する炭
化水素量と合わせて所定量に設定すべきであり、炭化水
素の種類、源ガスの二酸化炭素や酸素の混合量等に応じ
て定めればよく、炭化水素供給量を、運転状況に応じて
調整可能としておいてもよい。さらに、異なる種類の炭
化水素を使用することも可能である。The supply amount of hydrocarbons from the hydrocarbon introduction part 22 can be appropriately set according to the progress of the reaction in the nickel catalyst layer, etc. It should be set to a predetermined amount, it may be determined according to the type of hydrocarbon, the mixed amount of carbon dioxide and oxygen of the source gas, etc., and the amount of hydrocarbon supply may be adjusted according to the operating conditions. Good. Further, it is possible to use different types of hydrocarbons.
【0030】また、炭化水素導入部22は、反応状況に
応じて複数箇所に設けておくことができ、炭化水素導入
部22をニッケル触媒層におけるガス流れ方向に移動可
能に形成しておくこともできる。The hydrocarbon introduction section 22 can be provided at a plurality of positions according to the reaction conditions. The hydrocarbon introduction section 22 may be formed so as to be movable in the gas flow direction in the nickel catalyst layer. it can.
【0031】なお、予熱器17や酸素導入部21は、原
料の種類や混合比、運転条件等により必要に応じて設け
ればよく、省略することもできる。The preheater 17 and the oxygen introducing section 21 may be provided as necessary according to the type and mixing ratio of the raw materials, the operating conditions, and the like, and may be omitted.
【0032】図4は、変成炉におけるニッケル層部分の
具体的形状例を示す断面図である。この変成炉は、有底
筒状体からなる外筒31の内部に変性ガスを導出する内
筒32を同軸上に配設した二重管構造を有しており、外
筒31と内筒32との間に、粒状のニッケル触媒を充填
したニッケル触媒層33が形成されている。なお、図示
は省略するが、外筒31の外周にはヒーターが配置さ
れ、さらにその外周には断熱材が設けられている。FIG. 4 is a sectional view showing a specific example of the shape of the nickel layer portion in the shift furnace. This metamorphic furnace has a double tube structure in which an inner cylinder 32 for leading out a modified gas is disposed coaxially inside an outer cylinder 31 having a bottomed cylindrical body. In between, a nickel catalyst layer 33 filled with a granular nickel catalyst is formed. Although not shown, a heater is arranged on the outer periphery of the outer cylinder 31, and a heat insulating material is further provided on the outer periphery.
【0033】外筒31の上端には、外筒31の径に対応
した通孔34aを有するフランジ34が設けられてお
り、該フランジ34の上部には混合ガス導入管35から
導入される原料混合ガスをニッケル触媒層33に平均的
に流入させるための流入室36が設けられている。この
流入室36は、前記酸素導入部21から酸素を導入した
場合は、炭化水素と酸素とが反応する燃焼室を兼ねるも
のであり、したがって、流入室36は、高温にも耐えら
れるように、カバー37内に充填された耐火材38によ
って形成されている。At the upper end of the outer cylinder 31, a flange 34 having a through hole 34a corresponding to the diameter of the outer cylinder 31 is provided. An inflow chamber 36 for allowing gas to flow into the nickel catalyst layer 33 on average is provided. When oxygen is introduced from the oxygen introduction section 21, the inflow chamber 36 also serves as a combustion chamber in which hydrocarbons and oxygen react with each other. Therefore, the inflow chamber 36 is designed to withstand high temperatures. It is formed by a refractory material 38 filled in the cover 37.
【0034】一方、内筒32の下端は、触媒保持板39
を貫通して外筒31の底部まで伸びており、ニッケル触
媒層33で生成した変成ガスは、触媒保持板39の通孔
39aを通り、内筒32の下端開口32aから内筒32
内に流入し、前記カバー37及び耐火材38を貫通した
内筒上端の流出口32bから流出して前記冷却器19に
導かれる。On the other hand, the lower end of the inner cylinder 32 is
, And the metamorphic gas generated in the nickel catalyst layer 33 passes through the through hole 39 a of the catalyst holding plate 39, and from the lower end opening 32 a of the inner cylinder 32 to the inner cylinder 32.
And flows out from the outlet 32b at the upper end of the inner cylinder penetrating the cover 37 and the refractory material 38, and is guided to the cooler 19.
【0035】下端部側面に炭化水素導入部となる複数の
噴出口22を設けた炭化水素導入管40は、カバー37
及び耐火材38を貫通して内筒32に沿うように配置さ
れており、内筒32と炭化水素導入管40とにおける熱
伸縮を考慮してニッケル触媒層33内では、内筒32に
対して複数の止めリング41により摺動可能な状態で止
着されている。A hydrocarbon inlet pipe 40 provided with a plurality of outlets 22 serving as a hydrocarbon inlet on the lower side surface is provided with a cover 37.
And is arranged along the inner cylinder 32 through the refractory material 38, and in the nickel catalyst layer 33 in consideration of thermal expansion and contraction between the inner cylinder 32 and the hydrocarbon introduction pipe 40. It is slidably fastened by a plurality of stop rings 41.
【0036】この炭化水素導入管40の長さ、すなわ
ち、ニッケル触媒層33内での噴出口22の位置は、前
述のように、反応が安定して煤が発生する可能性がほと
んど無い部分に設定されており、噴出口22からの炭化
水素の供給方向及び供給速度は、できるだけ触媒層全体
に炭化水素が行き渡るように設定しておくべきである。The length of the hydrocarbon introducing pipe 40, that is, the position of the jet port 22 in the nickel catalyst layer 33 is, as described above, a portion where the reaction is stable and there is almost no possibility that soot is generated. The supply direction and the supply speed of the hydrocarbon from the jet port 22 should be set so that the hydrocarbon can be spread over the entire catalyst layer as much as possible.
【0037】さらに、ニッケル触媒層33におけるガス
流速や触媒充填量等の条件によっては、内筒32の周囲
に複数本の炭化水素導入管40を設けることもできる。
加えて、1本の炭化水素導入管40の長手方向に、所定
量の炭化水素を噴出する噴出口22を複数箇所設けてお
くことも可能であり、また、炭化水素導入管40を軸線
方向に移動可能に設けておくことも可能である。Further, depending on conditions such as the gas flow rate in the nickel catalyst layer 33 and the amount of filled catalyst, a plurality of hydrocarbon introduction pipes 40 may be provided around the inner cylinder 32.
In addition, it is also possible to provide a plurality of ejection ports 22 for ejecting a predetermined amount of hydrocarbons in the longitudinal direction of one hydrocarbon introduction pipe 40, and to arrange the hydrocarbon introduction pipe 40 in the axial direction. It is also possible to provide it movably.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ニッケル触媒層の途中から炭化水素の一部を導入するよ
うにしたので、ニッケル触媒層内での変性反応を安定し
た状態で行うことができ、変性反応に伴う温度低下を抑
制できるので、煤の発生を抑えることができる。これに
より、炭化水素に混合する源ガスとして二酸化炭素や酸
素を使用することが可能となり、一酸化炭素濃度が高く
高温迅速浸炭用雰囲気ガスとして最適な組成の変成ガス
を発生させることができる。As described above, according to the present invention,
Since part of the hydrocarbon is introduced from the middle of the nickel catalyst layer, the denaturation reaction in the nickel catalyst layer can be performed in a stable state, and the temperature decrease accompanying the denaturation reaction can be suppressed. Occurrence can be suppressed. This makes it possible to use carbon dioxide or oxygen as a source gas to be mixed with the hydrocarbon, and to generate a modified gas having a high carbon monoxide concentration and an optimum composition as an atmosphere gas for high-temperature rapid carburizing.
【図1】 本発明の高温迅速浸炭用雰囲気ガス発生装置
の一形態例を示す系統図である。FIG. 1 is a system diagram showing one embodiment of an atmosphere gas generating apparatus for high-temperature rapid carburizing of the present invention.
【図2】 本発明の高温迅速浸炭用雰囲気ガス発生装置
の他の形態例を示す要部の系統図である。FIG. 2 is a system diagram of a main part showing another embodiment of the atmospheric gas generator for high-temperature rapid carburizing of the present invention.
【図3】 さらに他の形態例を示す要部の系統図であ
る。FIG. 3 is a system diagram of a main part showing still another embodiment.
【図4】 変成炉におけるニッケル触媒層部分の具体的
形状例を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a specific example of the shape of a nickel catalyst layer in a shift furnace.
11…炭化水素供給源、12…二酸化炭素供給源、13
…酸素供給源、14…窒素供給源、15…第1ガスミキ
サー、16…第2ガスミキサー、17…予熱器、18…
変成炉、19…冷却器、20…予熱原料混合ガスの経
路、21…酸素導入部、22…炭化水素導入部、31…
外筒、32…内筒、33…ニッケル触媒層、34…フラ
ンジ、35…混合ガス導入管、36…流入室、37…カ
バー、38…耐火材、39…触媒保持板、40…炭化水
素導入管、41…止めリング11: hydrocarbon source, 12: carbon dioxide source, 13
... Oxygen supply source, 14 ... Nitrogen supply source, 15 ... First gas mixer, 16 ... Second gas mixer, 17 ... Preheater, 18 ...
Metamorphic furnace, 19: cooler, 20: path of preheated raw material mixed gas, 21: oxygen introduction part, 22: hydrocarbon introduction part, 31 ...
Outer cylinder, 32 inner cylinder, 33 nickel catalyst layer, 34 flange, 35 mixed gas introduction pipe, 36 inflow chamber, 37 cover, 38 refractory material, 39 catalyst retention plate, 40 hydrocarbon introduction Tube, 41 ... retaining ring
Claims (2)
スとを混合した原料混合ガスをニッケル触媒層に導入
し、触媒反応によって一酸化炭素と水素とを含む浸炭用
雰囲気ガスを発生する装置において、前記ニッケル触媒
層の途中に、炭化水素を導入する炭化水素導入部を設け
たことを特徴とする高温迅速浸炭用雰囲気ガス発生装
置。1. A raw material mixture gas obtained by mixing a hydrocarbon and a source gas such as carbon dioxide and oxygen is introduced into a nickel catalyst layer, and a carburizing atmosphere gas containing carbon monoxide and hydrogen is generated by a catalytic reaction. An apparatus for generating an atmosphere gas for rapid carburization at a high temperature, wherein a hydrocarbon introduction section for introducing a hydrocarbon is provided in the middle of the nickel catalyst layer.
た原料混合ガスをニッケル触媒層に導入し、触媒反応に
よって一酸化炭素と水素とを含む浸炭用雰囲気ガスを発
生させる方法において、前記炭化水素の少なくとも一部
を、前記ニッケル触媒層の途中で混合することを特徴と
する高温迅速浸炭用雰囲気ガスの発生方法。2. A method for introducing a mixed gas of a mixture of hydrocarbons, carbon dioxide and oxygen into a nickel catalyst layer and generating a carburizing atmosphere gas containing carbon monoxide and hydrogen by a catalytic reaction. At least a part of the mixture is mixed in the middle of the nickel catalyst layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33631899A JP2001152314A (en) | 1999-11-26 | 1999-11-26 | Atmospheric gas generator and method for high-temperature rapid carburizing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33631899A JP2001152314A (en) | 1999-11-26 | 1999-11-26 | Atmospheric gas generator and method for high-temperature rapid carburizing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001152314A true JP2001152314A (en) | 2001-06-05 |
Family
ID=18297889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33631899A Pending JP2001152314A (en) | 1999-11-26 | 1999-11-26 | Atmospheric gas generator and method for high-temperature rapid carburizing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001152314A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004010952A (en) * | 2002-06-06 | 2004-01-15 | Nippon Sanso Corp | Atmospheric gas generator and method for carburizing |
| JP2006022357A (en) * | 2004-07-07 | 2006-01-26 | Chugai Ro Co Ltd | Gas production device for carburization |
| CN1316055C (en) * | 2002-05-22 | 2007-05-16 | 光洋热系统株式会社 | Atmosphere gas generating device and method for carburizing |
| JP2007162055A (en) * | 2005-12-13 | 2007-06-28 | Taiyo Nippon Sanso Corp | Carburizing atmosphere gas generation method |
| CN106637053A (en) * | 2016-12-21 | 2017-05-10 | 机械科学研究总院青岛分院 | Catalysis method of low-temperature carburization |
-
1999
- 1999-11-26 JP JP33631899A patent/JP2001152314A/en active Pending
Cited By (5)
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| JP2007162055A (en) * | 2005-12-13 | 2007-06-28 | Taiyo Nippon Sanso Corp | Carburizing atmosphere gas generation method |
| CN106637053A (en) * | 2016-12-21 | 2017-05-10 | 机械科学研究总院青岛分院 | Catalysis method of low-temperature carburization |
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