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JP2001152313A - Atmospheric gas generator and method for high-temperature rapid carburizing - Google Patents

Atmospheric gas generator and method for high-temperature rapid carburizing

Info

Publication number
JP2001152313A
JP2001152313A JP33626499A JP33626499A JP2001152313A JP 2001152313 A JP2001152313 A JP 2001152313A JP 33626499 A JP33626499 A JP 33626499A JP 33626499 A JP33626499 A JP 33626499A JP 2001152313 A JP2001152313 A JP 2001152313A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxygen
gas
catalyst layer
nickel catalyst
carbon dioxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP33626499A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Ogata
裕之 緒方
Shin Furukawa
慎 古川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Oxygen Co Ltd
Taiyo Nippon Sanso Corp
Original Assignee
Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Oxygen Co Ltd, Nippon Sanso Corp filed Critical Japan Oxygen Co Ltd
Priority to JP33626499A priority Critical patent/JP2001152313A/en
Publication of JP2001152313A publication Critical patent/JP2001152313A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

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高温迅
速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、酸素を噴出する酸素噴出部を設け
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: A raw material mixed 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 high-temperature rapid carburizing atmosphere gas containing carbon monoxide and hydrogen is generated by a catalytic reaction. In the apparatus, an oxygen jetting portion for jetting oxygen is provided in the middle of the nickel catalyst layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【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、ニッケル触媒層内で発生
した煤を一酸化炭素として取り出すことができるととも
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ことを目的としてい
る。
[0009] Therefore, the present invention provides a method for removing soot generated in a nickel catalyst layer as carbon monoxide, and at the same time, avoiding the danger of explosion, while increasing the carbon monoxide suitable as a high-temperature rapid carburizing atmosphere gas. It is an object of the present invention to provide an atmosphere gas generating apparatus and method for high-temperature rapid carburizing that can stably generate a metamorphic gas containing a concentration.

【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、酸素を
噴出する酸素噴出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 an apparatus for introducing into a catalyst layer and generating a carburizing atmosphere gas containing carbon monoxide and hydrogen by a catalytic reaction, an oxygen ejection section for ejecting oxygen is provided in the middle of the nickel catalyst layer. .

【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、前記ニッケル触媒層の途中で、
酸素を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 including, in the middle of the nickel catalyst layer,
It is characterized by mixing oxygen.

【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、酸素供給源13から供給される酸素と二
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15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
合した酸素と二酸化炭素及び/又は窒素との混合ガスを
変成炉18内のニッケル触媒層の途中から噴出する酸素
噴出部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 hydrocarbons supplied from the hydrocarbon supply source 11 with carbon dioxide supplied from the carbon dioxide supply source 12, and oxygen supplied from the oxygen supply source 13. A second method of mixing carbon dioxide supplied from the carbon dioxide supply source 12 and / or nitrogen supplied from the nitrogen supply source 14
A gas mixer 16, a preheater 17 for preheating the raw material mixed gas mixed by the first gas mixer 15 to a predetermined temperature,
A shift furnace 18 having a nickel catalyst layer and a cooler 19 for rapidly cooling the shift gas are provided.
An oxygen introduction unit 21 for introducing and mixing oxygen supplied from the oxygen supply source 13 into a path 20 of a preheated raw material mixed gas from the furnace to the shift furnace 18, and oxygen and carbon dioxide mixed by the second gas mixer 16. And / or an oxygen jetting part 22 for jetting a mixed gas with nitrogen from the middle of the nickel catalyst layer in the shift furnace 18.

【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酸素噴出部22から噴出する酸素あ
るいは酸素と二酸化炭素及び/又は窒素との混合ガスを
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 gas mixture comprising hydrocarbons and carbon dioxide mixed by a first gas mixer 15 is preheated to a predetermined temperature by a preheater 17, and oxygen is introduced from an oxygen introduction unit 21. After mixing, this raw material mixed gas is introduced into the nickel catalyst layer in the shift furnace 18, and further, oxygen or a mixed gas of oxygen, carbon dioxide, and / or nitrogen jetted from the oxygen jetting part 22 in the middle of the nickel catalyst layer. Are mixed, and a shift gas containing carbon monoxide and hydrogen is generated by these shift reactions. The generated transformed gas is rapidly cooled by the cooler 19 and then sent out 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】そして、ニッケル触媒層の途中の前記酸素
噴出部22から触媒層内に噴出する酸素は、ニッケル触
媒層内で発生した煤を除去するためのものであって、
煤、即ち炭素と反応して一酸化炭素又は二酸化炭素を生
成することにより、触媒層内から煤を取り除く作用を有
している。
The oxygen spouted from the oxygen spouting portion 22 in the middle of the nickel catalyst layer into the catalyst layer is for removing soot generated in the nickel catalyst layer,
By reacting with soot, ie, carbon, to generate carbon monoxide or carbon dioxide, it has an action of removing soot from the inside of the catalyst layer.

【0020】したがって、この酸素噴出部22は、ニッ
ケル触媒層内において、煤の発生し易い部分、部分的な
温度低下が生じ易い部分に酸素を噴出するように、その
位置が設定されており、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される。
Therefore, the position of the oxygen jetting portion 22 is set so as to jet oxygen to a portion where soot is easily generated and a portion where temperature is easily lowered in the nickel catalyst layer. Positioning is performed according to various conditions such as the type of raw material, mixing ratio, and heating temperature.

【0021】このように、ニッケル触媒層の途中の所定
位置に酸素を噴出させて混合することにより、発生した
煤を速やかに除去できるとともに、煤との反応で発生す
る熱によって煤発生部分の温度低下も防止することがで
き、煤の発生自体も抑制することができる。さらに、こ
の酸素は、酸素源の一部としても機能しており、煤との
触媒反応によって最終的に一酸化炭素を生成する原料と
なる。
As described above, by spouting and mixing oxygen at a predetermined position in the middle of the nickel catalyst layer, the generated soot can be quickly removed, and the temperature of the soot-producing portion can be reduced by the heat generated by the reaction with the soot. Reduction can be prevented, and generation of soot itself can be suppressed. Further, this oxygen also functions as a part of the oxygen source, and becomes a raw material for finally generating carbon monoxide by a catalytic reaction with soot.

【0022】酸素噴出部22からの酸素の噴出量は、原
料の種類、ニッケル触媒層を流れるガス量等に応じて設
定することができるが、酸素のみを噴出させると、酸化
作用によって変成炉構成材料や触媒に悪影響を与えるこ
とがあるので、二酸化炭素や窒素によって酸素を希釈し
た状態としておくことが好ましい。酸素の希釈率、すな
わち二酸化炭素や窒素との混合割合は、酸素噴出部22
からの噴出量、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。このとき、二酸化炭素量を多
くし過ぎると、酸素噴出部22の部分で吸熱反応が発生
して温度低下の原因となることがあり、窒素量を多くし
過ぎると、生成した変成ガスの一酸化炭素や水素の濃度
が低くなってしまう。
The amount of oxygen ejected from the oxygen ejecting section 22 can be set according to the type of raw material, the amount of gas flowing through the nickel catalyst layer, and the like. It is preferable that oxygen is diluted with carbon dioxide or nitrogen, since the material or catalyst may be adversely affected. The oxygen dilution ratio, that is, the mixing ratio with carbon dioxide and nitrogen, is determined by the oxygen ejection unit 22.
Can be set in accordance with the amount of gas ejected from the catalyst, the reaction state in the nickel catalyst layer, and the like. At this time, if the amount of carbon dioxide is too large, an endothermic reaction may occur in the portion of the oxygen jetting part 22 to cause a decrease in temperature. The concentration of carbon and hydrogen will be low.

【0023】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, by lowering the temperature of the nickel catalyst layer by suppressing the temperature of the nickel catalyst layer by introducing the raw material mixed gas into the nickel catalyst layer after preheating in the preheater 17. 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.

【0024】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 arbitrary, and a preferable raw material combination is, for example, 0.33 mol of carbon dioxide, 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.

【0025】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及び酸素噴出部22か
らそれぞれ導入して混合することもできる。
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 and only methane is preheated to a predetermined temperature by a preheater 17, and oxygen is supplied. Can also be introduced and mixed from the oxygen introduction part 21 and the oxygen ejection part 22, respectively.

【0026】酸素噴出部22からの酸素の噴出量は、煤
の発生状況等に応じて適宜に設定することができるが、
酸素導入部21から導入する酸素量と合わせて所定量に
設定すべきであり、炭化水素の種類や、二酸化炭素、酸
素の混合量等に応じて定めればよく、酸素噴出量を、運
転状況に応じて調整可能としておいてもよい。
The amount of oxygen to be spouted from the oxygen spouting section 22 can be appropriately set according to the state of soot generation.
It should be set to a predetermined amount in accordance with the amount of oxygen introduced from the oxygen introduction unit 21 and may be determined according to the type of hydrocarbon, the mixed amount of carbon dioxide and oxygen, etc. May be adjustable in accordance with

【0027】また、煤が発生するおそれのある箇所が複
数箇所存在する場合は、複数の酸素噴出部22を適当な
位置にそれぞれ設けておくことができる。さらに、酸素
噴出部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。
When there are a plurality of locations where soot may be generated, a plurality of oxygen jetting portions 22 can be provided at appropriate positions. Further, the oxygen jetting part 22 can be formed so as to be movable in the gas flow direction in the nickel catalyst layer.

【0028】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。
It should be noted that 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, operating conditions, and the like, and may be omitted.

【0029】図2は、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。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. 2 is a sectional view showing a specific example of the shape of the nickel catalyst layer portion in the shift furnace. This metamorphic reactor is
It has a double-pipe structure in which an inner cylinder 32 for leading out a denatured gas is coaxially arranged inside an outer cylinder 31 having a bottomed cylindrical body, and between the outer cylinder 31 and the inner cylinder 32, 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.

【0030】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.

【0031】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.

【0032】下端部側面に複数の酸素噴出部となる噴出
口22を設けた酸素導入管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と酸素導入管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。
An oxygen inlet pipe 40 provided with a plurality of oxygen outlets 22 on the lower side surface is provided along the inner cylinder 32 through the cover 37 and the refractory material 38. In consideration of the thermal expansion and contraction between the inner tube 32 and the oxygen introduction tube 40, the inner tube 32 is slidably fastened to the inner tube 32 by a plurality of stop rings 41.

【0033】この酸素導入管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、煤が発生する可能性が高い部分乃至それよりも僅
かに上流側に設定されている。また、噴出口22からの
酸素の噴出方向及び噴出速度は、できるだけ触媒層全体
に混合ガスが行き渡るように設定しておくべきである。
As described above, the length of the oxygen 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 soot is likely to be generated or slightly upstream thereof. Is set to In addition, the direction and speed at which oxygen is ejected from the ejection port 22 should be set so that the mixed gas can spread over the entire catalyst layer as much as possible.

【0034】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
に複数本の酸素導入管40を設けることもできる。加え
て、1本の酸素導入管40の長手方向に、所定の大きさ
の噴出口22を複数箇所設けておくことも可能であり、
また、酸素導入管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。なお、酸素噴出部から噴出する混
合ガスとして窒素と酸素との混合ガスに代えて空気を用
いることもできる。
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 oxygen introduction pipes 40 can be provided around the inner cylinder 32. In addition, it is also possible to provide a plurality of injection ports 22 of a predetermined size in the longitudinal direction of one oxygen introduction pipe 40,
Further, it is also possible to provide the oxygen introduction pipe 40 so as to be movable in the axial direction. It should be noted that air may be used instead of the mixed gas of nitrogen and oxygen as the mixed gas ejected from the oxygen ejection section.

【0035】[0035]

【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で酸素を噴出させて混合するよう
にしたので、ニッケル触媒層内で発生した煤を除去する
ことができるとともに、煤(炭素)との反応の際に発生
する熱によって温度低下を抑制できるので、煤の発生も
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,
Oxygen is ejected and mixed in the middle of the nickel catalyst layer, so that the soot generated in the nickel catalyst layer can be removed and the temperature decreases due to the heat generated during the reaction with the soot (carbon). Can be suppressed, so that generation of soot can also 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.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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】 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. 2 is a cross-sectional view showing a specific example of the shape of a nickel catalyst layer in a shift furnace.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

14…窒素供給源、11…炭化水素供給源、12…二酸
化炭素供給源、13…酸素供給源、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…酸素噴出部(噴出口)、
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、3
7…カバー、38…耐火材、39…触媒保持板、40…
酸素導入管、41…止めリング
14 nitrogen supply source, 11 hydrocarbon supply source, 12 carbon dioxide supply source, 13 oxygen 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: oxygen ejection part (ejection port),
31 ... outer cylinder, 32 ... inner cylinder, 33 ... nickel catalyst layer, 34
... Flange, 35 ... Mixed gas introduction pipe, 36 ... Inflow chamber, 3
7 ... cover, 38 ... refractory material, 39 ... catalyst holding plate, 40 ...
Oxygen introduction tube, 41 ... stop ring

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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、酸素を噴出する酸素噴出部を設けたことを
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 high temperature, characterized in that an oxygen jetting section for jetting oxygen is provided in the middle of the nickel catalyst layer.
【請求項2】 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、前記ニッケル触媒層の途中で、
酸素を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 according to claim 1, wherein a raw material mixed gas obtained by mixing hydrocarbon, 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. In the middle of the layer,
A method for generating an atmosphere gas for high-temperature rapid carburization, characterized by mixing oxygen.
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